W świecie badań nad syntezą jądrową obserwujemy obecnie ogromny postęp, skupiający się przede wszystkim wokół wyjątkowych, najnowocześniejszych urządzeń zwanych tokamakami. Te cuda techniki symulują na naszej Ziemi ogromną moc Słońca. Ich mechanizm działania polega na wytwarzaniu potężnych pól magnetycznych w celu uwięzienia przegrzanej materii, znanej jako plazma, która jest nawet gorętsza niż jądro Słońca! Celem jest połączenie jąder atomowych w tej plazmie – proces ten uwalnia energię i, jeśli zostanie właściwie wykorzystany, może zapewnić ludzkości czyste, nieograniczone i odnawialne źródło energii.
Na całym świecie działa mnóstwo eksperymentalnych tokamaków, a prowadzone w ich ramach badania na małą skalę pomagają naukowcom opanować metody wytwarzania, utrzymywania i – co najważniejsze – bezpiecznego wyłączania plazmy. To ostatnie zadanie stanowi poważne wyzwanie w tej dziedzinie i często określa się je mianem “rampdown”. W trakcie tego procesu prąd plazmy, który może osiągać prędkość nawet 100 kilometrów na sekundę i temperaturę przekraczającą 100 milionów stopni Celsjusza, musi zostać bezpiecznie wyłączony, aby zapobiec wszelkim zakłóceniom, które mogłyby potencjalnie uszkodzić wnętrze tokamaka.
Niedawno naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali innowacyjną metodę przewidywania zachowania plazmy podczas tych krytycznych faz wyłączania. Ich nowatorskie podejście stanowi połączenie uczenia maszynowego z modelem opartym na fizyce, służącym do symulacji dynamicznego zachowania plazmy. Naukowcom udało się uruchomić model przy użyciu danych pochodzących ze szwajcarskiego eksperymentalnego tokamaka. Co niezwykłe, osiągnęli oni wysoki poziom dokładności pomimo stosunkowo niewielkiego zbioru danych – jest to godne uwagi osiągnięcie, biorąc pod uwagę ogromne koszty i czasochłonność przeprowadzania takich eksperymentów.
Wyniki badań zespołu, opublikowane w czasopiśmie o otwartym dostępie Nature Communications, może mieć istotne znaczenie dla poprawy bezpieczeństwa i niezawodności przyszłych elektrowni termojądrowych. Allen Wang, główny autor badania, trafnie zauważył, że aby synteza jądrowa stała się opłacalnym źródłem energii, musi być niezawodna, a to z kolei zależy od zdolności do efektywnego zarządzania plazmą.
Nowatorskie podejście eksperymentalne zespołu z MIT łączy sieć neuronową modeli uczenia maszynowego z modelem opartym na fizyce, który jest zgodny z podstawowymi prawami fizyki, w celu symulacji zachowania plazmy. Dane wykorzystane w ich pracach pochodziły z TCV (Tokamak à Configuration Variable), szwajcarskiego eksperymentalnego urządzenia do syntezy jądrowej. Następnie zespół opracował algorytm przekształcający prognozy modelu na instrukcje sterowania w czasie rzeczywistym. Metoda ta okazała się skuteczna w przeprowadzaniu bezpiecznych wyłączeń, często szybszych i powodujących mniej zakłóceń niż metody tradycyjne.
To rewolucyjne osiągnięcie wpisuje się w działania firmy Commonwealth Fusion Systems – przedsiębiorstwa wywodzącego się z MIT – mające na celu stworzenie pierwszej na świecie kompaktowej elektrowni termojądrowej na skalę sieci energetycznej. To nowatorskie przedsięwzięcie, w połączeniu z przełomowymi osiągnięciami zespołu, może pomóc utorować drogę do przyszłości, w której energia termojądrowa będzie bezpieczna, niezawodna i praktycznie nieograniczona.
Wang uważa, że poczyniono już pewne znaczące postępy na tej, jak sam przyznaje, długiej drodze do tego, by energia syntezy jądrowej stała się powszechnie dostępna. Chociaż w tej dziedzinie nadal konieczne są znaczne postępy, perspektywy zdecydowanie wyglądają lepiej dzięki sumiennym wysiłkom tych nowatorskich naukowców.
Chcesz dowiedzieć się więcej? Więcej informacji znajdziesz w oryginalny artykuł na MIT News.
Ta strona używa plików cookie.