Ядерний синтез зі штучним інтелектом: стале виробництво електроенергії поєднується з потужними обчисленнями

• Автор:
• ім'я автора

  Quantumrun Foresight
• Липень 18, 2022

Короткий огляд

Ядерний синтез, потенційне джерело надлишкової та чистої енергії, досяг значного прогресу завдяки застосуванню штучного інтелекту (ШІ) у аналізі плазми та прогнозному моделюванні. Ці інновації на основі штучного інтелекту прискорюють процес дослідження термоядерного синтезу, роблять його ефективнішим і знижують ризики та витрати, пов’язані з пошкодженням обладнання. Більш широкий вплив на суспільство може включати зміну методів виробництва енергії, посилення уваги до освіти STEM і потенційні геополітичні зміни, оскільки енергія термоядерного синтезу стане більш життєздатною.

ШІ контекст ядерного синтезу

З 1940-х років вчені прагнули розробити стабільний, безпечний і безперервно генеруючий енергію процес ядерного синтезу. Після вдосконалення цей процес обіцяє запропонувати економічне, екологічно чисте та практично безмежне джерело енергії. Він має потенціал значно зменшити залежність від традиційних джерел електроенергії, таких як викопне паливо та, певною мірою, відновлювані джерела енергії. 

У 2021 році шведські інформатики Стефано Маркідіс та Ксав’єр Агілар зробили значний внесок у цю сферу. Вони розробили алгоритм штучного інтелекту глибокого навчання, який ефективно спрощує складний етап аналізу плазми, ключового компонента ядерного синтезу. Цей крок передбачає обчислення електромагнітного поля плазми. Їхній метод виявився швидшим і ефективнішим, ніж традиційні підходи, які спиралися на складні математичні формули. 

Далі демонструючи потенціал штучного інтелекту в дослідженнях ядерного синтезу, Кайл Морган і Кріс Хансен з Вашингтонського університету представили нову техніку. Їхні дослідження, зосереджені на прогнозуванні поведінки плазми, використовують машинне навчання (ML), зокрема статистичний метод, відомий як регресія. Цей підхід ефективно відфільтровує сценарії, що призводять до нелогічних результатів. У результаті їхня система працює з меншою кількістю даних, зменшеними ресурсами обробки та меншим часом. 

Руйнівний вплив

Інтеграція штучного інтелекту в дослідження ядерного синтезу готова змінити те, як вчені керують летючістю плазми під час термоядерних випробувань. Нестабільність плазми є критичною проблемою; коли плазма стає летючою, вона може порушити захист і пошкодити або навіть знищити дороге обладнання. Використання моделей штучного інтелекту для прогнозування таких збурень дає вченим важливе передбачення. Точні прогнози поведінки плазми дозволяють своєчасно коригувати, зменшуючи ризик дорогих відмов обладнання та зривів експерименту.

Додаток AI також служить потужним інструментом для аналізу даних невдалих експериментів. Досліджуючи ці помилки, ШІ може виявити закономірності та ідеї, які можуть вислизнути від дослідників-людей. Цей аналіз може призвести до розробки інноваційних інженерних рішень, що підвищить загальну ефективність і безпеку експериментів з термоядерного синтезу. У міру того, як вчені отримають глибше розуміння причин збоїв, вони зможуть розробити стратегії, щоб зменшити частоту таких явищ. Цей безперервний цикл навчання, що підтримується штучним інтелектом, має важливе значення для вдосконалення процесу термоядерного синтезу, що зрештою сприяє створенню більш стабільного та надійного джерела енергії.

Крім того, здатність штучного інтелекту розв’язувати складні математичні рівняння, пов’язані з дослідженням плазми, є надзвичайно важливою. Ці рівняння є невід’ємною частиною розуміння поведінки плазми, але їх вирішення вручну часто потребує багато часу. AI прискорює цей процес, забезпечуючи швидші та точніші результати. Це прискорення життєво важливе для просування досліджень ядерного синтезу, наближаючи його до комерційної життєздатності.

Наслідки застосування ШІ для досліджень ядерного синтезу

Більш широкі наслідки застосування систем ШІ для досліджень ядерного синтезу можуть включати:

• Керовані штучним інтелектом ітераційні процеси проектування в розробці термоядерної енергії, що призводять до оптимізованих конструкцій установок і ефективного використання ресурсів за допомогою цифрового подвійного моделювання.
• (2040-і роки) екологічно чисті підприємства все частіше використовують ядерний синтез як стійку альтернативу звичайним джерелам електроенергії, зменшуючи свій вуглецевий слід.
• (2040-ті роки) Поступове скорочення робочої сили на традиційних електростанціях, які працюють на викопному паливі, оскільки ядерний синтез стає доступнішим для населення.
• Уряди впроваджують політику для управління переходом від викопного палива до термоядерної енергії, забезпечуючи збалансований і справедливий перехід в енергетичному секторі.
• Збільшення інвестицій в освітні та навчальні програми STEM, які готують майбутню робочу силу до нових робочих місць у галузі ядерного синтезу.
• Поява нових бізнес-моделей в енергетичному секторі, зосереджених на децентралізованому виробництві електроенергії за допомогою термоядерного синтезу.
• Підвищена глобальна енергетична безпека, оскільки країни стають менш залежними від імпортованого викопного палива та більше покладаються на енергію термоядерного синтезу, вироблену всередині країни.
• Потенційні геополітичні зміни, оскільки країни з розвиненою технологією ядерного синтезу набувають впливу на світовому енергетичному ринку.

Питання для розгляду

• Як ви вважаєте, чи зроблять відновлювані джерела енергії, такі як сонячні, вітрові та батареї наступного покоління, енергію термоядерного синтезу зайвою до того часу, коли технологія термоядерного синтезу буде вдосконалена та стане комерційно життєздатною?
• Як штучний інтелект використовується для покращення розробки інших форм виробництва енергії?