Kernfusie ontmoet AI: stabiel plasma door machinaal leren

Een mengsel van waterstofisotopen verhitten tot meer dan 150 miljoen graden Fahrenheit (100 miljoen graden Celsius) met enkele honderden laserstralen is één ding.

Het resulterende plasma stabiel houden is de hoogste discipline. Immers, deze toestand van materie voorbij "gasvormig", waarin atoomkernen en elektronen volledig gescheiden zijn, is helemaal niet inheems op aarde. Het is alsof je met een paar ijspakken probeert te voorkomen dat een ijsblokje boven een kampvuur smelt.

Op de juiste manier gebruikt, kan het werken. Waren er maar niet zoveel variabelen. Een windvlaag doet vonken overvliegen en verbrandt een hand die zo'n pakje vasthoudt, ijsblokje gesmolten - om bij de metafoor te blijven.

Het huidige record voor het handhaven van optimale omstandigheden voor kernfusie op aarde is slechts 30 seconden. Een plasma op zich, zelfs als het niet heet genoeg is, zou al een kwartier gestabiliseerd kunnen worden.

Dat klinkt niet als een permanent stabiele werking. En zodra de stabiele insluiting van het plasma niet meer werkt, moet het zo snel mogelijk worden afgekoeld, anders zou de schade aan de technologie van de fusiereactor enorm zijn. Hiervoor zijn telkens enorme hoeveelheden energie nodig.

Dankzij deep reinforcement learning, een deelaspect van machinaal leren, is er een methode ontwikkeld en getest die juist deze vernietiging van de plasmastroom effectief kan voorkomen.

Een team van de Universiteit van Princeton en de Chung-Ang Universiteit in Seoul gebruikte een extra bundel laserstralen en een cyclotron, d.w.z. een compacte deeltjesversneller met een sterk magnetisch veld, om het plasma in de gewenste omgeving te houden.

Omdat er echter veel te veel variabelen zijn om daadwerkelijk te kunnen berekenen hoe beide instrumenten kunnen ingrijpen en wat het effect is, komt kunstmatige intelligentie in beeld, die precies voor deze ene taak is getraind.

Op deze manier was het systeem in staat om een verstoring van de plasmastroom te voorkomen op DIII-Dde grootste tokamak kernfusiereactor in de VS. Zelfs onder minder dan ideale omstandigheden kon het zogenaamde "scheuren" van het plasma worden voorkomen. Het circuit, dat door AI wordt bestuurd, heeft slechts 25 milliseconden tussen twee metingen, wat genoeg lijkt te zijn.

Naast het genereren van afbeeldingen en het samenstellen van lege reclameteksten (maar dit is niet de schuld van AI), zijn er ook een paar zinnige en toekomstbestendige toepassingen voor kunstmatige intelligentie.

De technologie bevindt zich echter nog in de experimentele fase en er zijn nog meer tests en verbeteringen nodig voordat deze uiteindelijk gebruikt kan worden in ITER, de eerste fusiereactor met een positieve energiebalans die momenteel gebouwd wordt.