Космос под ногами: спецпроект Naked Science о космонавтике и «трудной» нефти
Читать
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17.02.2022
Даниил Сухинов
1
1 684

Алгоритм машинного обучения дает советы по управлению ядерным синтезом

4.4

Коллаборация Швейцарского плазменного центра и компании DeepMind разработала новый метод магнитного управления плазмой в токамаке. Алгоритм глубокого обучения с подкреплением, разработанный DeepMind, позволяет значительно ускорить подбор настройки токамака для создания наперед заданных конфигураций плазмы с высокой точностью.

Токамак переменной конфигурации Швейцарского плазменного центра.
Токамак переменной конфигурации Швейцарского плазменного центра. / ©SPC/EPFL

Токамак, или тороидальная камера с магнитными катушками, представляет собой установку тороидальной формы (бублика или пончика), в котором создаются условия для протекания управляемого термоядерного синтеза — тех же реакций, что проходят в недрах звезд. С этой целью в токамаках генерируются мощные магнитные поля и создается вакуум для удержания высокотемпературной плазмы и защиты стенок установки от расплавления. Теоретически высвобождаемую в этом процессе энергию можно использовать для производства электроэнергии.

Швейцарский плазменный центр (SPC) Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) обладает многолетним опытом в области физики плазмы и методов управления ею. Мало того что SPC — один из немногих исследовательских центров в мире, обладающих действующим токамаком, так еще установка у них весьма непростая. Их токамак допускает различные конфигурации плазмы, задаваемых положением магнитных катушек, поэтому и называется токамаком переменной конфигурации (TCV).

Конфигурация плазмы связана с ее формой и положением в токамаке, а от этого зависит устойчивость плазмы и производительность реактора, то есть количество генерируемой энергии. Перед проведением экспериментов на своей установке исследователи из SPC сначала проверяют конфигурации систем управления на симуляторе.

Схема токамака переменной конфигурации с 19 магнитными катушками Швейцарского плазменного центра. / ©Degrave J., et al., Nature, 2022

«Наш симулятор основан более чем на 20-летних исследованиях и постоянно обновляется, — поясняет Федерико Феличи (Federico Felici), сотрудник SPC и соавтор исследования. — Но даже в этом случае для определения правильного значения каждой переменной в системе управления по-прежнему необходимы длительные расчеты. Вот тут-то и появляется наш совместный исследовательский проект с DeepMind».

DeepMind — британская компания, занимающаяся научными открытиями и вопросами ИИ, которую Google приобрела в 2014 году и которая стремится «решать проблемы искусственного интеллекта для развития науки и человечества». Эксперты DeepMind разработали алгоритм глубокого обучения с подкреплением (deep reinforcement learning, DRL), который может создавать и поддерживать определенные конфигурации плазмы, и обучили его на симуляторе SPC.

Вначале алгоритм тестировал множество различных стратегий управления плазмой в симуляции для накопления опыта. Причем обучение проходило в две стороны: сначала алгоритму давали ряд настроек для управления установкой, по которым на симуляторе генерировалась плазма, а алгоритм анализировал ее конфигурацию; затем по конфигурации плазмы алгоритмом определялись правильные настройки.

Различные формы плазмы, созданные с помощью алгоритма DRL. / ©DeepMind & SPC/EPFL.

После обучения система на основе алгоритма DRL смогла создавать и поддерживать широкий спектр форм плазмы и расширенных конфигураций в симуляторе, в том числе такую, при которой в реакторе одновременно поддерживаются два отдельных фрагмента плазмы.

Наконец, исследовательская группа протестировала свою новую систему непосредственно на токамаке, чтобы увидеть, как она будет работать в реальных условиях. Как и предполагалось, все созданные алгоритмом DRL и предсказанные симулятором SPC конфигурации удалось получить на реальной установке. Таким образом, новый подход к управлению магнитными катушками токамака не только позволяет ускорить создание необходимых конфигураций плазмы, но и обеспечивает точное отслеживание местоположения, тока и формы для этих конфигураций.

Мартин Ридмиллер (Martin Riedmiller), руководитель группы управления в DeepMind и соавтор исследования, отметил: «Миссия нашей команды состоит в том, чтобы исследовать системы искусственного интеллекта нового поколения — контроллеры с обратной связью, — которые могут обучаться на сложных динамических средах с нуля. Управление термоядерной плазмой в реальных установках предлагает фантастические, хотя и чрезвычайно сложные возможности».

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

Вчера, 17:19
Александр Березин

Игру 2013 года и выходящий с января 2023 года сериал по ней часто принимают за научную фантастику. То есть произведение, основанное на предположениях, не противоречащих науке. Однако вряд ли дело обстоит таким образом. Проблема в том, что создатели мира The Last of Us слишком некритично подошли как к научному фундаменту, на котором основан их мир постапокалипсиса, так и к тому, что думает наука о самой реальности «постапов». Naked Science пробует разобраться в деталях.

Вчера, 11:24
Сергей Васильев

Антропологи раскопали остатки центра массового изготовления обсидиановых рубил, где древние мастера Homo работали еще больше миллиона лет назад.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

24 января
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

24 января
Мария Азарова

По словам ученых, перенос гена LAV-BPIFB4 помогает сохранить молодость сердца, защищая его от болезней, связанных со старением.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

17.02.2022
-
0
+
Те, кто работают над термоядерным синтезом, очень не любят советы) поэтому и не ставят реакторы на площади
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: