الاندماج النووي بالذكاء الاصطناعي: توليد الطاقة المستدام يلبي الحوسبة القوية

• كاتب:
• اسم المؤلف

  البصيرة الكمومية
• 18 تموز، 2022

ملخص البصيرة

شهد الاندماج النووي، وهو مصدر محتمل للطاقة الوفيرة والنظيفة، تطورات كبيرة من خلال تطبيقات الذكاء الاصطناعي (AI) في تحليل البلازما والنمذجة التنبؤية. تعمل هذه الابتكارات المعتمدة على الذكاء الاصطناعي على تسريع عملية أبحاث الاندماج، مما يجعلها أكثر كفاءة وتقلل من المخاطر والتكاليف المرتبطة بتلف المعدات. قد يشمل التأثير المجتمعي الأوسع تحولًا في أساليب إنتاج الطاقة، وزيادة التركيز على تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، والتغيرات الجيوسياسية المحتملة عندما تصبح طاقة الاندماج أكثر قابلية للتطبيق.

سياق الاندماج النووي للذكاء الاصطناعي

يسعى العلماء جاهدين لتطوير عملية اندماج نووي مستقرة وآمنة ومولدة للطاقة بشكل مستمر منذ الأربعينيات من القرن العشرين. تعد هذه العملية، بمجرد اكتمالها، بتوفير مصدر طاقة اقتصادي وصديق للبيئة وغير محدود تقريبًا. ولديها القدرة على تقليل الاعتماد بشكل كبير على مصادر الكهرباء التقليدية، مثل الوقود الأحفوري وإلى حد ما، مصادر الطاقة المتجددة. 

وفي عام 2021، قدم علماء الكمبيوتر السويديون ستيفانو ماركيديس وكزافييه أغيلار مساهمة كبيرة في هذا المجال. لقد طوروا خوارزمية ذكاء اصطناعي للتعلم العميق تعمل على تبسيط خطوة معقدة بشكل فعال في تحليل البلازما، وهي عنصر رئيسي في الاندماج النووي. تتضمن هذه الخطوة حساب المجال الكهرومغناطيسي للبلازما. وقد أثبتت طريقتهم أنها أسرع وأكثر كفاءة من الأساليب التقليدية، التي اعتمدت على صيغ رياضية معقدة. 

ولتوضيح إمكانات الذكاء الاصطناعي في أبحاث الاندماج النووي، قدم كايل مورغان وكريس هانسن من جامعة واشنطن تقنية جديدة. تستخدم أبحاثهم، التي تركز على التنبؤ بسلوك البلازما، التعلم الآلي (ML)، وتحديدًا طريقة إحصائية تُعرف باسم الانحدار. يقوم هذا الأسلوب بتصفية السيناريوهات التي تؤدي إلى نتائج غير منطقية بشكل فعال. ونتيجة لذلك، يعمل نظامهم ببيانات أقل، وموارد معالجة أقل، ووقت أقل. 

التأثير التخريبي

من المتوقع أن يؤدي دمج الذكاء الاصطناعي في أبحاث الاندماج النووي إلى تغيير كيفية إدارة العلماء لتقلبات البلازما في اختبارات الاندماج. عدم استقرار البلازما يشكل تحديا حاسما؛ عندما تصبح البلازما متطايرة، يمكن أن تخرق عملية الاحتواء وتلحق الضرر أو حتى تدمر المعدات باهظة الثمن. إن استخدام نماذج الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بمثل هذه الاضطرابات يزود العلماء ببصيرة حاسمة. تسمح التنبؤات الدقيقة لسلوك البلازما بإجراء التعديلات في الوقت المناسب، مما يقلل من مخاطر أعطال المعدات المكلفة وتعطيل التجربة.

يعمل تطبيق الذكاء الاصطناعي أيضًا كأداة قوية في تحليل البيانات من التجارب الفاشلة. ومن خلال دراسة هذه الإخفاقات، يمكن للذكاء الاصطناعي أن يكشف عن أنماط ورؤى قد تكون بعيدة عن الباحثين البشريين. يمكن أن يؤدي هذا التحليل إلى تطوير حلول هندسية مبتكرة، مما يعزز الكفاءة والسلامة الشاملة لتجارب الاندماج. ومع اكتساب العلماء فهمًا أعمق لأسباب الاضطراب، يمكنهم وضع استراتيجيات لتقليل تكرار هذه الأحداث. تعتبر دورة التعلم المستمر هذه، المدعومة بالذكاء الاصطناعي، ضرورية لتحسين عملية الاندماج، والمساهمة في النهاية في إيجاد مصدر طاقة أكثر استقرارًا وموثوقية.

علاوة على ذلك، تعد قدرة الذكاء الاصطناعي على حل المعادلات الرياضية المعقدة المتعلقة بأبحاث البلازما أمرًا بالغ الأهمية. تعد هذه المعادلات جزءًا لا يتجزأ من فهم سلوك البلازما، ولكنها غالبًا ما تستغرق وقتًا طويلاً لحلها يدويًا. يعمل الذكاء الاصطناعي على تسريع هذه العملية، مما يوفر نتائج أسرع وأكثر دقة. يعد هذا التسريع أمرًا حيويًا للنهوض بأبحاث الاندماج النووي، وجعلها أقرب إلى الجدوى التجارية.

تداعيات تطبيق الذكاء الاصطناعي على أبحاث الاندماج النووي

قد تشمل الآثار الأوسع لأنظمة الذكاء الاصطناعي التي يتم تطبيقها على أبحاث الاندماج النووي ما يلي:

• عمليات التصميم التكرارية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي في تطوير طاقة الاندماج، مما يؤدي إلى تصميمات محسنة للمحطات واستخدام فعال للموارد من خلال عمليات المحاكاة الرقمية المزدوجة.
• (أربعينيات القرن الحادي والعشرين) تتبنى الشركات الصديقة للبيئة بشكل متزايد الاندماج النووي كبديل مستدام لمصادر الكهرباء التقليدية، مما يقلل من انبعاثات الكربون.
• (أربعينيات القرن الحادي والعشرين) التخفيض التدريجي للقوى العاملة في محطات توليد الطاقة التقليدية التي تعمل بالوقود الأحفوري، حيث أصبح الاندماج النووي في متناول الجمهور بشكل أكبر.
• قيام الحكومات بسن سياسات لإدارة التحول من الوقود الأحفوري إلى الطاقة الاندماجية، مما يضمن حدوث تحول متوازن وعادل في قطاع الطاقة.
• زيادة الاستثمار في برامج التعليم والتدريب في مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، وإعداد القوى العاملة المستقبلية للوظائف الناشئة في صناعة الاندماج النووي.
• ظهور نماذج أعمال جديدة في قطاع الطاقة، مع التركيز على توليد الطاقة بالاندماج اللامركزي والمجتمعي.
• تعزيز أمن الطاقة العالمي حيث أصبحت البلدان أقل اعتماداً على الوقود الأحفوري المستورد وأكثر اعتماداً على طاقة الاندماج المنتجة محلياً.
• التحولات الجيوسياسية المحتملة مع اكتساب البلدان التي تمتلك تكنولوجيا الاندماج النووي المتقدمة نفوذاً في سوق الطاقة العالمية.

أسئلة للنظر فيها

• هل تعتقد أن مصادر الطاقة المتجددة مثل البطاريات الشمسية وطاقة الرياح والجيل التالي من البطاريات ستجعل طاقة الاندماج زائدة عن الحاجة بحلول الوقت الذي يتم فيه إتقان تقنية الاندماج وجعلها قابلة للتطبيق تجاريًا؟
• كيف يتم تطبيق الذكاء الاصطناعي لتحسين هندسة الأشكال الأخرى لإنتاج الطاقة؟