Международная группа исследователей разрабатывает новый подход к удержанию плазмы в термоядерных реакторах типа токамак. Вместо традиционных физических моделей учёные предлагают использовать алгоритмы машинного обучения для борьбы с магнитными возмущениями, которые нарушают симметрию магнитного поля и приводят к срыву реакции. Работа опубликована в новом исследовании, посвящённом проблемам устойчивости плазмы.

Изображение: interestingengineering.com

Токамак использует мощные магниты для удержания перегретой плазмы в форме бублика. Однако внутри этой системы возникают зоны, где магнитные линии перестраиваются, образуя пузыри. Этот процесс замедляет вращение плазменного столба и в конечном счёте заставляет плазму коснуться стенки реактора, что моментально прекращает термоядерную реакцию. Традиционные модели плохо справляются с прогнозированием этих явлений из-за их хаотичной и нелинейной природы.

Чтобы решить эту проблему, исследователи обучили нейросети на больших объёмах экспериментальных данных, полученных с прошлых установок. Алгоритмы научились распознавать мельчайшие предвестники нестабильности, которые пока не видны стандартным системам диагностики. Это позволяет перейти от реактивного управления аварией к предиктивной автоматической стабилизации.

На основе этих алгоритмов создаются активные контроллеры плазмы. Они в реальном времени анализируют состояние реактора и при выявлении риска автоматически меняют конфигурацию магнитного поля, подавляя возмущение. Спрос на такие системы особенно высок по мере того, как учёные стремятся достичь более высокого давления плазмы, необходимого для эффективной выработки энергии, но при этом провоцирующего рост нестабильностей.

По словам одного из авторов, физические модели по-прежнему с трудом предсказывают эти явления, однако их стохастическая природа создаёт идеальные условия для применения машинного обучения. Разработанные ИИ-контроллеры выступают в роли автоматической системы рулевого управления, удерживая плазму в узких рамках параметров, необходимых для устойчивой термоядерной реакции, что критически важно для будущих электростанций, включая проект ITER.