Ядерный интеллект: ИИ произвел революцию в термоядерном синтезе
Современные технологии искусственного интеллекта совершили настоящий прорыв в работе одного из крупнейших мировых центров, занимающихся исследованиями в области термоядерного синтеза, хотя их роль может оказаться неожиданной для многих.
Согласно данным, опубликованным в одном из ведущих научных журналов, специалисты из Ливерморской национальной лаборатории разработали уникальную модель глубокого обучения, которая с высокой точностью предсказала результаты эксперимента, проведенного в 2022 году на Национальной установке термоядерного синтеза (NIF).
Эта модель, показавшая вероятность успешного запуска термоядерной реакции в 74%, обошла традиционные подходы, использующие суперкомпьютеры, благодаря своей способности учитывать большее число факторов с повышенной точностью.
Один из авторов исследования в беседе с журналистами отметил, что их разработка позволяет более осознанно планировать будущие эксперименты, увеличивая шансы на успех с каждой попыткой.
Он подчеркнул, что даже такой крупный центр, как NIF, ограничен в ресурсах и может проводить лишь несколько десятков подобных испытаний в год, что крайне мало, учитывая масштаб задач, стоящих перед исследователями.
Сегодня энергия на атомных станциях вырабатывается за счет деления тяжелых ядер, таких как уран.
Однако ученые стремятся освоить термоядерный синтез — процесс, при котором легкие ядра водорода сливаются, выделяя колоссальное количество энергии. В отличие от деления, синтез не оставляет опасных радиоактивных отходов и способен производить больше энергии, что делает его ключом к переходу на экологически чистые источники энергии. Несмотря на значительные достижения в этой области, эксперты сходятся во мнении, что до промышленного использования синтеза еще далеко.
В экспериментах на NIF используются мощные лазеры, которые нагревают специальный золотой контейнер, называемый хольраум. Это приводит к образованию интенсивного рентгеновского излучения, под воздействием которого сжимаются топливные капсулы, содержащие изотопы водорода — дейтерий и тритий. В идеале такие условия должны запустить цепную реакцию синтеза, производящую больше энергии, чем потребляют лазеры.
Как отметила соавтор исследования, традиционные компьютерные модели не всегда способны точно описать все физические процессы, происходящие во время экспериментов. Это связано с тем, что для упрощения вычислений в моделях часто используются допущения, которые могут приводить к ошибкам. Кроме того, даже при максимальной точности настройки такие расчеты требуют нескольких дней работы суперкомпьютеров.
По словам одного из участников проекта, работа над термоядерным синтезом напоминает подъем на неизведанную вершину. Компьютерные модели в этом случае выступают в роли карты, которая, однако, может содержать неточности, вызванные как методологией исследований, так и непредсказуемыми факторами. При этом каждая попытка требует значительных затрат времени и средств, что делает точное планирование экспериментов особенно важным.
Для создания новой модели исследователи объединили данные, накопленные в ходе предыдущих экспериментов на NIF, результаты высокоточных физических симуляций и знания экспертов в области термоядерного синтеза. Эти данные были обработаны на суперкомпьютерах, которые провели статистический анализ, занявший более 30 миллионов часов вычислительного времени.
Один из авторов исследования пояснил, что в ходе работы они выявили множество факторов, которые могут привести к неудаче. Например, лазеры могут сработать не так, как планировалось, или в топливных капсулах могут оказаться дефекты, нарушающие ход эксперимента.
Новая модель позволяет заранее оценить перспективность того или иного подхода, что значительно экономит ресурсы. В частности, она была успешно применена для анализа эксперимента 2022 года, точно предсказав его результаты. Исследователи также отметили, что последующие доработки модели повысили точность прогнозов с 50% до 70%.
По мнению разработчиков, главное преимущество их подхода заключается в том, что он учитывает реальные несовершенства — будь то ошибки в оборудовании, недостатки в конструкции эксперимента или случайные природные явления.
Однако это также напоминает о том, что, несмотря на прогресс, путь к термоядерному синтезу остается долгим и полным трудностей.
Один из участников проекта подчеркнул, что исследования в области термоядерного синтеза ведутся уже десятилетиями, и не стоит отчаиваться из-за временных неудач.
Он отметил, что даже если сейчас удается получить лишь 1 мегаджоуль энергии вместо двух, это все равно огромный шаг вперед по сравнению с прошлыми результатами, когда выход энергии составлял всего 10 килоджоулей. По его мнению, такие достижения приближают человечество к созданию устойчивой и экологически чистой энергетики.
Уточнения
Термоя́дерная реа́кция — разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счёт кинетической энергии их теплового движения.