Energetyka fuzyjna od dekad jest uznawana za świętego Graala współczesnej nauki i kompletnie mnie to nie dziwi. Reaktory, które naśladują procesy zachodzące we wnętrzu Słońca, mogłyby dostarczać niemal nieograniczonych ilości czystej energii bez emisji dwutlenku węgla i bez długowiecznych odpadów radioaktywnych charakterystycznych dla klasycznych elektrowni jądrowych. Problem polega na tym, że ujarzmienie plazmy rozgrzanej do temperatur wyższych niż w jądrze gwiazd okazało się jednym z największych wyzwań technologicznych w historii.
Czytaj też: Największy problem nowoczesnej technologii nie dotyczy procesorów. Nieskończona energia czai się pod wodą
Wspomniani naukowcy przekonują, iż wiedzą, jak uporać się z tym problemem. Proponowane przez nich rozwiązanie miałoby jednocześnie poprawić stabilność reakcji fuzyjnej i ograniczyć straty energii. To szczególnie ważne, ponieważ właśnie te dwa problemy od lat blokują budowę działających elektrowni fuzyjnych. Z jednej strony naukowcy muszą utrzymać plazmę w odpowiednim miejscu za pomocą pól magnetycznych, a z drugiej zapobiec gwałtownym niestabilnościom prowadzącym do utraty energii bądź uszkodzenia reaktora.
W praktyce oznacza to walkę z ekstremalnym zjawiskiem. Plazma wykorzystywana w reaktorach fuzyjnych osiąga temperatury liczone w dziesiątkach milionów stopni Celsjusza. Żaden materiał nie jest w stanie bezpośrednio jej dotknąć, dlatego musi być utrzymywana w zawieszeniu przez bardzo silne pola magnetyczne. Najmniejsze zaburzenie może jednak doprowadzić do destabilizacji całego procesu. Wówczas energia zaczyna gwałtownie uciekać, a reakcja zostaje przerwana.
Nowe badania sugerują, iż sztuczna inteligencja oraz bardziej zaawansowane modele matematyczne pozwalają przewidywać takie zakłócenia z wyprzedzeniem i reagować jeszcze zanim sytuacja wymknie się spod kontroli. Naukowcy wykorzystali systemy AI do monitorowania zachowania plazmy w czasie rzeczywistym. Algorytmy analizowały ogromne ilości danych pochodzących z eksperymentalnych tokamaków i potrafiły wykrywać symptomy nadchodzącej niestabilności szybciej niż tradycyjne systemy sterowania.
Najważniejszym aspektem okazało się także ograniczenie gwałtownych wyrzutów energii pojawiających się na krawędzi plazmy. To właśnie one od lat stanowią jeden z największych problemów dla konstruktorów reaktorów fuzyjnych, ponieważ mogą uszkadzać wewnętrzne elementy urządzenia. Według zespołu badawczego udało się stworzyć system, który tłumi te zjawiska bez pogarszania wydajności samej reakcji fuzyjnej. Wcześniej naukowcy zwykle musieli wybierać między stabilnością a wysoką wydajnością plazmy. Teraz po raz pierwszy oba cele udało się połączyć.
Czytaj też: W Azji nie martwią się o przyszłość energetyki. Mają już baterię, która rozwiązuje większość problemów
Równolegle rozwijane są nowe metody projektowania samych reaktorów. Jeden z zespołów badawczych rozwiązał problem związany z “wyciekami” cząstek z magnetycznych pułapek utrzymujących plazmę. Dotychczas symulacje takich zjawisk wymagały ogromnej mocy obliczeniowej i trwały bardzo długo. Nowa metoda wykorzystująca teorię symetrii pozwala przeprowadzać obliczenia nawet dziesięć razy szybciej. Dzięki temu projektowanie przyszłych reaktorów może znacząco przyspieszyć.
Laboratoria pokroju PPPL coraz częściej wykorzystują uczenie maszynowe nie tylko do przewidywania zakłóceń, lecz również do projektowania całych układów reaktorów. Komputery analizują miliony możliwych wariantów konfiguracji magnetycznych i wybierają te najbardziej obiecujące. Jeszcze kilka lat temu takie obliczenia mogłyby trwać miesiącami lub nawet latami. Dziś coraz częściej wykonuje się je w ciągu kilku godzin. A ostateczny cel, tj. produkcja energii dzięki syntezie jądrowej, naprawdę wydaje mi się coraz bardziej realną opcją.
Źródło: Eureka Alert, Physical Review Letters
