Bộ điều khiển AI hứa hẹn sẽ dự đoán điều gì có thể xảy ra trong phản ứng tổng hợp hạt nhân 300 mili giây trước khi nó thực sự xảy ra.
Một hình ảnh gợi ý về hạt nhân nguyên tử đến với nhau và hợp nhất.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Princeton đã phát triển bộ điều khiển AI có thể dự đoán sự mất ổn định của plasma trong phản ứng tổng hợp hạt nhân và điều chỉnh các điều kiện plasma cho phù hợp với phản ứng đang diễn ra.
Sự đổi mới này có thể làm cho phản ứng tổng hợp hạt nhân trở nên khả thi và có thể mở rộng hơn bao giờ hết.
Hiện nay, tất cả các nhà máy điện hạt nhân nhân tạo đều sản xuất năng lượng thông qua phản ứng phân hạch hạt nhân, một quá trình liên quan đến việc phân tách các nguyên tử và tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài.
Mặt trời và các ngôi sao ở phía bên kia được cung cấp năng lượng tự nhiên nhờ phản ứng tổng hợp hạt nhân, một loại phản ứng nguyên tử khác trong đó hai hạt nhân hợp nhất thành một.
So với phản ứng phân hạch hạt nhân, phản ứng nhiệt hạch tạo ra nhiều năng lượng hơn, chất thải phóng xạ rất ít (và tồn tại trong thời gian ngắn) và không cần uranium.
Nhiều nhà khoa học tin rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng sạch và xanh nhất trên Trái đất. Trong nghiên cứu mới của họ, các nhà nghiên cứu của Đại học Princeton tiết lộ cách bộ điều khiển AI mới có thể giúp con người đạt được mục tiêu này.
Vào tháng 12 năm 2022, lần đầu tiên các nhà khoa học đã đạt được thành công việc sản xuất năng lượng ròng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân. Tuy nhiên, một lượng năng lượng rất nhỏ (chỉ đủ để đun sôi một ấm nước) được tạo ra trong phản ứng đó.
Điều này là do mặc dù các nhà khoa học đã đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân thành công nhưng họ không biết làm cách nào để có thể duy trì phản ứng này lâu dài.
Để đạt được phản ứng nhiệt hạch ổn định, người ta cũng cần duy trì plasma, trạng thái vật chất bao gồm khí cực nóng và các electron tự do (ở nhiệt độ lên tới hàng triệu độ C).
Trạng thái plasma năng lượng cao bị ion hóa này là cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho sự hợp nhất của hai hạt nhân thành một.
Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao như vậy, mọi chuyện đều có thể xảy ra sai sót. Ngay cả một thay đổi nhỏ trong huyết tương cũng có thể làm mất ổn định phản ứng.
Theo các nhà nghiên cứu, các nhà khoa học trước đây đã thử các bộ điều khiển được lập trình sẵn để duy trì các điều kiện của huyết tương, nhưng những công cụ đó đã thất bại.
Cho đến nay, không có cách nào để theo dõi huyết tương theo thời gian thực và giữ cho nó ổn định.
Bộ điều khiển AI giải quyết vấn đề plasma
Để giải quyết vấn đề và ngăn chặn sự mất ổn định của huyết tương, các nhà nghiên cứu đã tạo ra bộ điều khiển AI sử dụng dữ liệu từ nhiều công cụ chẩn đoán tiên tiến đang hoạt động tại DIII-D, một cơ sở nhiệt hạch quốc gia ở San Diago.
“DIII-D được trang bị hệ thống chẩn đoán huyết tương thời gian thực có độ phân giải cao. Các công cụ chẩn đoán này cho phép lập hồ sơ theo thời gian thực về mật độ electron, nhiệt độ electron, nhiệt độ ion, độ quay của ion, áp suất, mật độ dòng điện và hệ số an toàn”, các nhà nghiên cứu lưu ý.
AI xử lý dữ liệu thời gian thực này và cho phép các nhà nghiên cứu dự đoán cách plasma sẽ hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Với sự trợ giúp của AI, họ có thể dự đoán bất kỳ sự bất ổn nào 300 mili giây trước khi nó xảy ra.
Trong khi đó, dựa trên thông tin thời gian thực và kết quả đề xuất, họ có thể thử nghiệm nhiều phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để kiểm soát và ổn định huyết tương bằng cách điều chỉnh các điều kiện của nó.
Mặc dù 300 mili giây nghe có vẻ như không có thời gian đối với một người bình thường, nhưng các tác giả nghiên cứu khẳng định rằng khoảng thời gian này đủ để thực hiện bất kỳ thay đổi nào nhằm đảm bảo tính ổn định của phản ứng. Họ thậm chí còn thử nghiệm bộ điều khiển AI để chứng minh cho tuyên bố của mình.
Các nhà nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi chứng minh khả năng kiểm soát bằng trí tuệ nhân tạo để giảm khả năng gây mất ổn định xé rách ở DIII-D6, cơ sở tổng hợp từ trường lớn nhất ở Hoa Kỳ”.
“Bộ điều khiển duy trì khả năng xé rách dưới một ngưỡng nhất định, ngay cả trong những điều kiện tương đối bất lợi với hệ số an toàn thấp và mô-men xoắn thấp. Đặc biệt, nó cho phép plasma chủ động theo dõi đường đi ổn định trong không gian hoạt động thay đổi theo thời gian,” họ nói thêm.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature .
