近日，麻省理工學(xué)院(MIT)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在利用人工智能(AI)技術(shù)，對(duì)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)等核聚變裝置內(nèi)部等離子體的湍流行為進(jìn)行解碼，以期找到更有效的方法來(lái)從等離子體中產(chǎn)生能量。

MIT等離子體科學(xué)與聚變中心(PSFC)首席研究科學(xué)家Nathan Howard博士表示，核聚變作為清潔能源的科學(xué)性和總體前景都非常有趣，但核聚變的未來(lái)取決于對(duì)等離子體奧秘的深入理解。因此，MIT的研究團(tuán)隊(duì)正在使用AI增強(qiáng)模擬，以幫助他們的核聚變研究保持正軌。

霍華德是PSFC磁聚變實(shí)驗(yàn)綜合建模(MFE-IM)小組的成員，他們與MFE-IM小組負(fù)責(zé)人巴勃羅·羅德里格斯-費(fèi)爾南德斯合作，通過(guò)在實(shí)際核聚變環(huán)境中試行之前預(yù)測(cè)特定技術(shù)或配置的性能，從而做出更明智的設(shè)計(jì)選擇。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)將數(shù)據(jù)與過(guò)去的研究報(bào)告進(jìn)行比較來(lái)不斷驗(yàn)證數(shù)據(jù)，以確保他們的模擬能夠立足于現(xiàn)實(shí)。

在最近發(fā)表的一篇論文中，霍華德解釋了如何利用高分辨率模擬來(lái)預(yù)測(cè)ITER啟動(dòng)后的性能。他們使用的計(jì)算機(jī)代碼CGYRO由通用原子公司合作者開發(fā)，可以將復(fù)雜的等離子體物理模型應(yīng)用于一組定義的核聚變操作條件。雖然耗時(shí)，但可以對(duì)等離子體在核聚變裝置中不同位置的行為進(jìn)行非常詳細(xì)的模擬。

為了提高模擬效率，MIT團(tuán)隊(duì)開發(fā)了PORTALS框架，該框架采用高保真CGYRO運(yùn)行，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)構(gòu)建一個(gè)名為“替代”的快速模型。這個(gè)模型可以模擬更復(fù)雜運(yùn)行的結(jié)果，但速度要快得多。Rodriguez-Fernandez表示，這種預(yù)測(cè)優(yōu)先的方法使他們能夠在ITER等設(shè)備中創(chuàng)建更高效的等離子體。

經(jīng)過(guò)全面訓(xùn)練的“替代”模型已被用來(lái)探索不同的輸入組合如何影響ITER的預(yù)測(cè)性能。通過(guò)14次CGYRO迭代，霍華德團(tuán)隊(duì)能夠確認(rèn)當(dāng)前基線場(chǎng)景配置可以實(shí)現(xiàn)比輸入等離子體的功率輸出高10倍的功率輸出。霍華德表示，他們進(jìn)行的建模可能是目前保真度最高的，而且?guī)缀蹩隙ㄊ且寻l(fā)表的最高保真度。

此外，替代增強(qiáng)的CGYRO模型還表明，等離子體核心的溫度(以及聚變反應(yīng))不會(huì)受到較少功率輸入的過(guò)度影響，這意味著較少的功率輸入等于更高效的運(yùn)行。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)整個(gè)聚變裝置的效率產(chǎn)生積極影響。