Az MIT kutatócsoportja úgy véli, hogy csökkentették a nagyméretű nukleáris fúzió elérésének egyik fő akadályát, ezzel egy lépéssel közelebb kerülve ahhoz, hogy a bőséges energiaforma valósággá váljon.

A csillagokat működtető folyamatok kihasználásával tiszta, biztonságos és gyakorlatilag korlátlan energiaforráshoz férhetnénk hozzá. A tudósok reaktorokat építettek a fúzió megszelídítésére, amelyek közül az egyik leginkább kutatott a tokamak. Lényegében egy fánk alakú cső, amely erős mágneseket használ a fúziós reakciókhoz szükséges plazma megtartására, a tokamak nagy potenciált mutatott. De ahhoz, hogy ezt teljes mértékben felismerjék, a tudósoknak először el kell ismerniük az ilyen energia által hordozott lehetséges buktatókat, beleértve azt is, hogyan lehet lelassítani egy folyamatban lévő fúziós reakciót.

Itt jön képbe az új kutatás : a fizika és a gépi tanulás kombinációját használva a kutatók megjósolták, hogyan viselkedne a tokamak reaktorban lévő plazma bizonyos kezdeti feltételek mellett – amin a kutatók már régóta töprengenek (végül is nehéz belenézni egy fúziós reaktorba működés közben). A tanulmány hétfőn jelent meg a Nature Communications folyóiratban.

„Ahhoz, hogy a fúzió hasznos energiaforrás legyen, megbízhatónak kell lennie” – mondta Allen Wang, a tanulmány vezető szerzője és az MIT végzős hallgatója az MIT Newsnak . „Ahhoz, hogy megbízhatóak legyünk, ügyesnek kell lennünk a plazmáink kezelésében.”

A nagy hatalommal nagy kockázatok járnak

Amikor egy tokamak reaktor teljes üzemben van, a benne lévő plazmaáram akár 100 kilométer/másodperc sebességgel is keringhet, és 100 millió Celsius-fok (180 millió Fahrenheit-fok) hőmérsékleten. Ez melegebb, mint a Nap magja.

Ha a reaktort bármilyen okból le kell állítani, az üzemeltetők elindítanak egy folyamatot a plazmaáram „lelassítására”, lassan áramtalanítva azt. Ez a folyamat azonban bonyolult, és a plazma „karcolásokat és hegesedéseket okozhat a tokamak belsejében – olyan kisebb károkat, amelyek helyreállítása továbbra is jelentős időt és erőforrásokat igényel” – magyarázták a kutatók.

„A plazma kontrollálatlan leállásai, még a leállítás során is, intenzív hőáramokat generálhatnak, amelyek károsíthatják a belső falakat” – magyarázta Wang. „Gyakran, különösen a nagy teljesítményű plazmák esetében, a leállítások valójában közelebb sodorhatják a plazmát bizonyos instabilitási határokhoz. Tehát ez egy kényes egyensúly.”

Valójában a fúziós reaktorok üzemeltetése során elkövetett bármilyen hiba költséges lehet. Ideális esetben a kutatók működő tokamakokban is végezhetnének teszteket, de mivel a fúzió továbbra sem hatékony, az ilyen reaktorok üzemeltetése hihetetlenül költséges, és a legtöbb létesítmény évente csak néhányszor fogja működtetni őket.

A fizika bölcsességére tekintve

Modelljükhöz a csapat egy elragadóan ötletes módszert talált az adatgyűjtés korlátainak leküzdésére – egyszerűen visszatértek a fizika alapvető szabályaihoz. Párosították modelljük neurális hálózatát egy másik, a plazma dinamikáját leíró modellel, majd a modellt a TCV, egy kis svájci kísérleti fúziós berendezés adataival képezték ki. Az adathalmaz információkat tartalmazott a plazma kezdeti hőmérsékletének és energiaszintjének változásairól, valamint az egyes kísérleti futtatások alatti és végén bekövetkező változásokról.

Innentől kezdve a csapat egy algoritmust használt „pályák” generálására, amelyek meghatározták a reaktor üzemeltetői számára, hogy a plazma hogyan fog valószínűleg viselkedni a reakció előrehaladtával. Amikor az algoritmust tényleges TCV-futtatásokra alkalmazták, azt találták, hogy a modell „pálya” utasításainak követése tökéletesen eligazította az üzemeltetőket a berendezés biztonságos leállításában.

„Többször is megcsináltuk” – mondta Wang. „És minden téren sokkal jobban csináltuk a dolgokat. Tehát statisztikailag is biztosak voltunk benne, hogy jobbá tettük a dolgokat.”

„Megpróbálunk tudományos kérdéseket megválaszolni, hogy a fúziót rutinszerűen hasznosíthassuk” – tette hozzá. „Amit itt tettünk, az egy még mindig hosszú út kezdete. De azt hiszem, szép előrelépést tettünk.” (Gizmodo)

Címlapkép: Az ITER WEST tokamakjának fényképe (ez a gép nem a cikkben tárgyalt eszköz). - Forrás: ITER