AI 核融合: 持続可能な発電と強力なコンピューティングの融合

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  クォンタムラン・フォーサイト
• ２０２２年７月１１日

洞察の要約

豊富でクリーンなエネルギーの潜在的な供給源である核融合は、プラズマ分析と予測モデリングにおける人工知能 (AI) アプリケーションを通じて大幅な進歩を遂げています。これらの AI 主導のイノベーションにより、核融合研究プロセスが加速され、効率が向上し、機器の損傷に伴うリスクとコストが削減されます。より広範な社会的影響には、エネルギー生産方法の変化、STEM 教育への注目の増加、核融合エネルギーの実現可能性が高まるにつれて起こる可能性のある地政学的な変化などが含まれる可能性があります。

AI 核融合のコンテキスト

科学者たちは、1940 年代以来、安定かつ安全で継続的にエネルギーを生成する核融合プロセスの開発に努めてきました。このプロセスが完成すると、経済的で環境に優しく、事実上無限の電力源が提供されることが期待されます。これは、化石燃料やある程度の再生可能エネルギー源などの従来の電力源への依存を大幅に削減する可能性を秘めています。 

2021 年、スウェーデンのコンピューター科学者ステファノ マルキディス氏とザビエル アギラール氏はこの分野に多大な貢献をしました。彼らは、核融合の重要なコンポーネントであるプラズマを分析する際の複雑なステップを効果的に簡素化する深層学習 AI アルゴリズムを開発しました。このステップには、プラズマの電磁場の計算が含まれます。彼らの方法は、複雑な数式に依存した従来のアプローチよりも迅速かつ効率的であることが証明されました。 

核融合研究における AI の可能性をさらに実証するために、ワシントン大学のカイル モーガン氏とクリス ハンセン氏は新しい手法を導入しました。彼らの研究は、プラズマの挙動の予測に焦点を当てており、機械学習 (ML)、特に回帰として知られる統計手法を利用しています。このアプローチは、非論理的な結果につながるシナリオを効果的に除外します。その結果、システムはより少ないデータ、より少ない処理リソース、より短い時間で動作します。 

破壊的な影響

核融合研究における AI の統合により、科学者が核融合実験におけるプラズマの揮発性を管理する方法が変革されようとしています。プラズマの不安定性は重大な課題です。プラズマが揮発性になると、封じ込めを突破して高価な機器に損傷を与えたり、さらには破壊する可能性があります。 AI モデルを利用してこのような混乱を予測することで、科学者は重要な先見性を得ることができます。プラズマの挙動を正確に予測することでタイムリーな調整が可能になり、費用のかかる装置の故障や実験の中断のリスクが軽減されます。

AI のアプリケーションは、失敗した実験のデータを分析する強力なツールとしても機能します。 AI はこれらの失敗を調査することで、人間の研究者では得られないパターンや洞察を明らかにすることができます。この分析は革新的なエンジニアリング ソリューションの開発につながり、核融合実験の全体的な効率と安全性を向上させることができます。科学者が混乱の原因をより深く理解するにつれて、こうした事態の発生頻度を減らすための戦略を考案できるようになります。 AI を活用したこの継続的な学習サイクルは、核融合プロセスを改良する上で不可欠であり、最終的にはより安定した信頼性の高いエネルギー源に貢献します。

さらに、プラズマ研究に関連する複雑な数式を解く AI の能力は非常に重要です。これらの方程式はプラズマの挙動を理解するために不可欠ですが、手動で解くには時間がかかることがよくあります。 AI はこのプロセスを加速し、より迅速かつ正確な結果を提供します。この加速は核融合研究を発展させ、実用化に近づけるために不可欠です。

AI を核融合研究に適用することの意味

AI システムが核融合研究に適用される広範な影響には、次のものが含まれる可能性があります。

• 核融合エネルギー開発における AI 主導の反復設計プロセスにより、デジタル ツイン シミュレーションを通じて最適化されたプラント設計と効率的なリソース利用が実現します。
• （2040年代）環境に優しい企業は、従来の電源に代わる持続可能な代替手段として核融合をますます採用し、二酸化炭素排出量を削減します。
• (2040 年代) 核融合が一般の人々にとってより利用しやすくなるにつれて、従来の化石燃料発電所の労働力は徐々に削減されます。
• 政府は化石燃料から核融合エネルギーへの移行を管理する政策を制定し、エネルギー部門におけるバランスのとれた公平な移行を確保します。
• STEM 教育およびトレーニング プログラムへの投資を増加し、核融合産業の新たな仕事に向けた将来の労働力を準備します。
• 分散型およびコミュニティベースの核融合発電に焦点を当てた、エネルギー分野における新しいビジネスモデルの出現。
• 各国が輸入化石燃料への依存を減らし、国内で生産された核融合エネルギーへの依存を強めるにつれて、世界のエネルギー安全保障が強化される。
• 先進的な核融合技術を持つ国々が世界のエネルギー市場で影響力を増すにつれて、地政学的な変化が起こる可能性があります。

考慮すべき質問

• 核融合技術が完成して商業的に実行可能になるまでに、太陽光、風力、次世代電池などの再生可能エネルギーによって、核融合エネルギーが不要になると思いますか?
• 他の形態のエネルギー生産のエンジニアリングを強化するために、AI はどのように適用されていますか?