يعد التنفيذ الناجح للاندماج النووي بتوفير مصدر غير محدود ومستدام للطاقة النظيفة ، ولكن لا يمكننا تحقيق هذا الحلم المذهل إلا إذا أتقننا الفيزياء المعقدة التي تجري داخل المفاعل.
على مدى عقود ، اتخذ العلماء خطوات تدريجية نحو هذا الهدف ، لكن العديد من المشكلات لا تزال دون حل. تتمثل إحدى العقبات الرئيسية في إدارة البلازما غير المستقرة وشديدة السخونة في المفاعل بنجاح - لكن نهجًا جديدًا يوضح كيف يمكننا القيام بذلك.
في تعاون بين مركز البلازما السويسري (SPC) التابع لـ EPFL وشركة DeepMind للذكاء الاصطناعي (AI) ، استخدم العلماء نظام التعلم المعزز العميق (RL) لدراسة الفروق الدقيقة في سلوك البلازما والتحكم في توكاماك الانصهار على شكل كعكة دونات. سلسلة من الملفات المغناطيسية الموجودة حول المفاعل للتحكم في البلازما داخله ومعالجتها.
إنها عملية موازنة صعبة لأن الملفات تتطلب عددًا كبيرًا من تعديلات الجهد الدقيقة ، حتى آلاف المرات في الثانية ، للحفاظ على البلازما بنجاح داخل المجال المغناطيسي. وبالتالي ، فإن الحفاظ على تفاعلات الاندماج النووي - التي تتضمن الحفاظ على استقرار البلازما عند مئات الملايين من الدرجات المئوية ، وهي أكثر سخونة حتى من لب الشمس - تتطلب أنظمة معقدة ومتعددة المستويات للتحكم في الملفات. ومع ذلك ، في دراسة جديدة ، أظهر العلماء أن أحد أنظمة الذكاء الاصطناعي يمكنه التعامل مع هذه المهمة بمفرده.
يوضح الفريق في منشور مدونة DeepMind: "باستخدام بنية التعلم التي تجمع بين RL العميق وبيئة المحاكاة ، أنشأنا وحدات تحكم يمكنها الحفاظ على البلازما في حالة ثابتة واستخدامها لتقديم أشكال مختلفة بدقة". لإنجاز هذا العمل الفذ ، قام الباحثون بتدريب نظام الذكاء الاصطناعي الخاص بهم في محاكي توكاماك ، حيث تعلم نظام التعلم الآلي من خلال التجربة والخطأ كيفية التنقل في تعقيدات الحبس المغناطيسي للبلازما. بعد التخرج ، انتقلت منظمة العفو الدولية إلى المستوى التالي من خلال تطبيق ما تعلمته في المحاكاة في العالم الحقيقي.
من خلال تشغيل توكاماك (TCV) ذو التكوين المتغير SPC ، أعطى نظام RL البلازما داخل المفاعل أشكالًا مختلفة ، بما في ذلك الشكل الذي لم يسبق له مثيل في TCV: تثبيت "القطيرات" حيث يتعايش اثنان من البلازما في نفس الوقت داخل الجهاز. بالإضافة إلى الأشكال التقليدية ، يمكن للذكاء الاصطناعي أيضًا إنشاء تكوينات متقدمة ، مما يعطي البلازما أشكال "المثلث السلبي" و "ندفة الثلج".
لكل من هذه المظاهر إمكانات مختلفة لإنتاج الطاقة في المستقبل إذا استطعنا الحفاظ على تفاعلات الاندماج النووي. قد يكون أحد التكوينات التي يتحكم فيها هذا النظام ، "الشكل الشبيه بـ ITER" ، واعدًا بشكل خاص للدراسة المستقبلية في المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER) ، أكبر تجربة اندماج نووي في العالم ، قيد الإنشاء حاليًا في فرنسا.
وفقًا للباحثين ، فإن التحكم المغناطيسي في تكوينات البلازما هذه هو "أحد أكثر أنظمة العالم الحقيقي تعقيدًا التي تم تطبيق التعلم المعزز عليها" ، ويمكن أن يوفر اتجاهًا جذريًا جديدًا في تصميم توكاماك في العالم الحقيقي. ليس ذلك فحسب ، بل يعتقد البعض أنه سيغير بشكل جذري مستقبل أنظمة التحكم في البلازما المتقدمة في مفاعلات الاندماج.
اقرأ أيضا: