AI tämjer fusionsplasma snabbare än människan hinner reagera

Forskare vid Princeton University och Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har framgångsrikt driftsatt ett nytt styrsystem för artificiell intelligens, kallat PACMAN, i fem experiment vid fusionsanläggningen DIII-D i San Diego. Systemet analyserar sensordata och fattar styrbeslut inom loppet av 20 millisekunder, vilket gör det möjligt att hålla fusionsprocessen stabil på en tidsskala där mänskliga operatörer inte hinner ingripa. Resultaten och systemets uppbyggnad har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nuclear Fusion.

Men varför är fusionsplasma så svårt att kontrollera med traditionella metoder? För att återskapa processen som driver solen värms vätgas upp till temperaturer som överstiger solens inre, varvid partiklarna bildar ett laddat plasma som hålls inneslutet med kraftiga magnetfält i en ringformad kammare, en så kallad tokamak. Problemet är att mikroskopiska magnetiska störningar i plasmat kan uppstå och växa okontrollerat på bara några tusendelar av en sekund. Konventionella datorsimuleringar av plasmadynamik kan ta dagar eller månader att beräkna, och mänskliga operatörer behöver sekunder på sig att reagera. Det innebär att reaktionen ofta hinner brytas innan korrigeringar hinner genomföras.

Hur fungerar då den nya tekniken i praktiken? Ramverket PACMAN – en förkortning för Prediction And Control using MAchiNe learning – samlar in mätvärden om temperatur, densitet och magnetfält femtio gånger i sekunden. Snabba maskininlärningsmodeller bearbetar signalerna och beräknar vad som är på väg att hända i reaktorkammaren. Under testerna lyckades systemet identifiera en förestående magnetisk instabilitet omkring 200 millisekunder innan den uppstod. PACMAN hann då automatiskt rikta om speglarna för sex mikrovågsvärmare och reglera effekten i realtid, vilket förhindrade att instabiliteten bildades och lät fusionsexperimentet fortgå utan avbrott.