Tijekom godina, futuristi su zamišljali utopijski svijet uz pomoć neograničene čiste energije
U prošlosti su futuristi sanjali o svijetu pokretanom nevjerojatnim tehnološkim i znanstvenim dostignućima, koja bi stvorila utopijski način života. Sada, istraživači s Princetona vjeruju da su možda na pragu ostvarenja te vizije. U središtu njihovog istraživanja nalazi se fuzija – nuklearna reakcija u kojoj se združuju dva ili više atomskih jezgara, stvarajući nove jezgre i subatomske čestice. Ova energija, koja praktično ne zagađuje okoliš, smatra se potencijalno neograničenim izvorom energije, proizvodeći gotovo četiri milijuna puta više energije od fosilnih goriva po masi.
Izazovi fuzije
Iako fuzija obećava brojne prednosti, postoji značajan problem: ekstremno je teško ostvariti. Fuzija zahtijeva uvjete temperature i pritiska slične onima u srcima zvijezda. Nažalost, te uvjete ne možemo replicirati u laboratorijima na Zemlji. Dosadašnji pokušaji ljudske fuzije oslanjali su se na alternativne metode, koristeći uvjete normalnog atmosferskog pritiska i temperature više od deset puta one u srcu Sunca. U takvim uvjetima, gorivo za reakciju ne može postojati ni u čvrstom niti u tekućem stanju, a čak ni u plinovitom – ono je plazma.
Međutim, plazma je izuzetno energična i pregrijana, što znači da je lako „puknuti“ – gubi stabilnost i bježi iz magnetskih polja koja je drže unutar reaktora, čime se prekida bilo koja fuzijska reakcija u milisekundama.
Rešenje istraživačkog tima iz Princetona
Tim iz Princetona smatra da su riješili upravo taj problem. “Prethodna istraživanja su se uglavnom fokusirala na suzbijanje ili ublažavanje učinaka ovih instabilnosti nakon što se dogode u plazmi,” objašnjava Jaemin Seo, prvi autor nove studije koja je sada asistent profesor fizike na Sveučilištu Chung-Ang u Južnoj Koreji. “No naš pristup omogućava nam predviđanje i izbjegavanje tih instabilnosti prije nego što se pojave.”
Njihovo rješenje je model umjetne inteligencije (AI), obučen na temelju prethodnih eksperimenata na Nacionalnom fuzijskom postrojenju DIII-D u San Diegu. “Učeći iz prošlih eksperimenata, a ne primjenjujući informacije iz fizičkih modela, AI je mogao razviti konačnu kontrolnu politiku koja podržava stabilan, visoko efikasan režim plazme u stvarnom vremenu,” rekao je voditelj istraživanja, Egemen Kolemen, suradnik profesor mehaničkog inženjerstva i aeronautike na Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL).
Uloga umjetne inteligencije
Kao i svaki AI model, umjetna inteligencija ne mora duboko razumjeti što radi, ali to joj nije ni potrebno. Tim je programu dostavio podatke o karakteristikama plazme u stvarnom vremenu iz prethodnih eksperimenata i postavio mu izazov predviđanja i, što je najvažnije, izbjegavanja instabilnosti. “Ne učimo model o svim složenim fizičkim procesima fuzijske reakcije,” objašnjava Azarakhsh Jalalvand, istraživač u Kolemenovom laboratoriju i koautor rada. “Samo mu objašnjavamo cilj – održavanje visoke snage reakcije – što treba izbjeći – instabilnost ‘pucanja’ – i kontrolne mehanizme koje može koristiti kako bi postigao te ciljeve.”
Ključni rezultati istraživanja
Nakon mnogo simulacija, koje su mogle biti zapažene i dorađene od strane ljudskih promatrača, tim je isprobao AI model u stvarnom okruženju na DIII-D postrojenju. Model se pokazao sposobnim predvidjeti instabilnosti do 300 milisekundi unaprijed – što za ljude nije mnogo, ali je dovoljno vremena za AI da djeluje, prilagodivši parametre poput oblika plazme ili jakosti zraka koji unosi energiju u reakciju kako bi održao plazmu stabilnom.
Buducnost fuzijske energije
No, jesu li neograničena čista energija i fuzija na dohvat ruke? Ne baš. Instabilnost plazme nije jedini problem s fuzijom, a pucanje je samo jedan tip moguće instabilnosti. Tim upozorava da, iako su postigli značajan napredak, još uvijek trebaju više podataka da bi dokazali da njihov model može raditi u različitim situacijama. “Imamo snažne dokaze da kontroler dobro funkcionira na DIII-D, no želimo raditi na nečemu univerzalnijem,” zaključuje Seo.
Konačne misli
Studija je objavljena u časopisu Nature i predstavlja značajan korak prema održivoj energiji. Tako bi, uz daljnja istraživanja i razvoj, fuzijska energija napokon mogla postati stvarnost koja će donijeti čistu energiju budućim generacijama.
