《“深度思维”尝试解决世界难题,AI首次控制核聚变》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2022-02-18
  • 尽管无限清洁能源还有很长的路要走,但这次,“深度思维”正在尝试以世界级的人工智能体解决现实难题。这家总部位于英国的人工智能公司与瑞士洛桑联邦理工学院合作,训练了一种深度强化学习算法来控制核聚变反应堆内过热的等离子体并宣告成功。这一突破发表在《自然》杂志上,可帮助物理学家更好地了解聚变的工作原理,加速无限清洁能源的到来。

    托卡马克内部的等离子体。

    “这是强化学习在现实世界系统中最具挑战性的应用之一,”深度思维研究员马丁·利德米勒表示。而“人工智能,特别是强化学习,特别适合解决托卡马克中控制等离子体的复杂问题。”所谓托卡马克,是一种可以容纳核聚变反应的容器,其内部呈现出一种特殊且混乱的状态:氢原子在极端高温下“挤作一团”,产生旋转着、翻滚着、比太阳表面还要炽热的等离子体汤,而磁场线圈会限制等离子体粒子,以使等离子体达到聚变所需的条件。换句话说,控制和约束这种等离子体的方法,就是核聚变迈向成功的关键,也将是人类社会未来清洁能源的源泉。

    在最新论文中,“深度思维”详细介绍了可自主控制等离子体的AI。控制等离子体需要不断监测和操纵磁场,团队训练其强化学习算法在模拟中执行此操作,一旦它学会了如何控制和改变虚拟反应堆内等离子体的形状,研究人员就让它控制了托卡马克中的磁体,他们发现,人工智能无需任何额外的微调就能控制真正的反应堆。

    研究人员表示,使用AI算法控制等离子体,将使在反应堆内进行不同条件的实验变得更加容易,并可能加快商业核聚变的发展。AI在这其中学会了通过以人类以前从未尝试过的方式,调整磁铁来控制等离子体,这意味着,也可能会有一种新的反应堆配置可供探索。

    总编辑圈点

    在地球上控制核聚变很难。但现在,经过训练的AI神经网络,可以每秒接收90次不同的测量值来描述等离子体的形状和位置,并相应地调整磁体中的电压。这个强化学习算法,处理速度比以往任何方式都要快得多。对科学家来说,这是朝着一个非常令人兴奋的方向迈出的重要的第一步,因为如果确定有一个控制系统可以让我们如此接近极限但又不会超出极限,那么,人类就有了探索更多可能性的平台,也有了更强的信心,将AI用于推动人类文明的进步。

  • 原文来源:http://www.nengyuanjie.net/article/53779.html
相关报告
  • 《重大突破!我国掌握可控核聚变高约束先进控制技术》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2023-08-28
    • 8月25日下午,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题,是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑,标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。 为实现聚变能源,需要提升等离子体综合参数至聚变点火条件。磁约束核聚变中的高约束模式(H模)是一种典型的先进运行模式,被选为正在建造的国际热核聚变试验堆(ITER)的标准运行模式,能够有效提升等离子体整体约束性能,提升未来聚变堆的经济性,相较于普通的运行模式,其等离子体综合参数可提升数倍。 可控核聚变作为面向国家重大需求的前沿颠覆性技术,具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势,是目前认识到的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一,对我国经济社会发展、国防工业建设具有重要战略意义。可控核聚变是我国核能发展“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略体系的重要组成部分,是解决国家能源需求、助推“双碳”目标实现、促进能源新体系构建和保障国家能源安全的关键科技变量。 在实现百万安培等离子体电流高约束模式运行的基础上,新一代人造太阳“中国环流三号”团队,将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术,实现堆芯级等离子体运行,研究前沿聚变物理,为我国开展聚变燃烧实验、自主建造聚变堆奠定坚实基础。
  • 《核聚变领域掀起人工智能应用热潮》

    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-05-06
    • 随着人工智能(AI)加速向各行各业渗透,其在核聚变领域也掀起新一波科研与应用的探索热潮。 4月21日,一场“受控核聚变与人工智能技术”为主题的学术会议在河北廊坊举行。会议由中国核学会核聚变与等离子体物理分会主办,吸引学界和业界近200位头部尖端人才参加。 在三天时间里,上百位专家以主旨报告、墙报张贴的方式分享各分支板块对聚变领域人工智能研究的最新成果与经验,涉及AI在核聚变装置运行控制中的应用、受控核聚变的智能模拟、聚变装置数字化与智能化平台等多个前沿课题。 有专家在现场接受媒体采访时直言,在高温超导技术与人工智能的加持下,聚变研发正从“永远50年”进入“10—20年”窗口期,商业公司的高效运作可能进一步缩短时间。目前,业内开始倾向于形成一个新共识——最快在2035年,就有望看到聚变商业应用的曙光。 AI赋能作用开始显现 “近年来,AI在等离子体物理与可控核聚变研究领域展现出强大的赋能作用。深度学习、强化学习等前沿算法技术被引入,应用于等离体模型程序的加速计算、复杂物理现象的实时识别与预测,以及聚变装置智能化运行控制等场景,带来一系列令人鼓舞的技术突破。”核工业西南物理研究院(以下简称“西物院”)聚变科学所党委书记李永革在会上指出。 那么,AI究竟能为可控聚变带来哪些助力? “等离子体的约束与控制是聚变的关键难题之一。”北京大学应用物理与技术研究中心特聘研究员康炜解释,在聚变研究中,等离子体需要控制的参数高达上百个,以前只能凭经验估计形成方案,难以支撑实时应用,但在引入AI后就能同时实现多参数的协调控制,并快速迭代优化设计,从而大大加速稳态控制实现的可能性。 2022年12月,美国国家点火装置NIF在AI助力下成功实现能量输出大于激光能量输入(能量增益Q>1)的可控核聚变反应突破,在理论上验证了核聚变商业化的可能性。2023年,普林斯顿大学研究人员利用美国DIII-D国家核聚变设施的实验数据,训练出一种人工智能模型,能够提前300毫秒预测被称为“撕裂模不稳定性”的聚变堆等离子体不稳定性,有效避免了因等离子体不稳定导致的核聚变反应中断。 在中国,研究人员发现,通过部署应用数据模拟器,可将聚变实验装置中生成一炮(核聚变实验的一次等离子体放电过程称为一炮——编者注)控制策略的耗时从数天压缩至0.5小时,这在中国环流三号上已得到验证。 《中国能源报》记者从会上获悉,中国环流三号先后与之江实验室、浙江大学、南开大学、北京大学开展人工智能相关的联合实验提案,以破裂预测、EFIT-NN为代表的人工智能模块已实现实验常态化运行。此外,新奥集团(以下简称“新奥”)则以数智球形环装置为载体,着眼于聚变反应堆从设计、建造到运行全生命周期的安全管理需求加速聚变研发,目前在聚变数据平台、数字孪生系统、智能控制方面取得一系列进展。 另外,AI还可以在聚变相关知识整理和积累方面发挥重要作用,让不同背景的人才能快速进入聚变领域。 “人工智能将引发聚变的研发范式产生巨变,从而加速聚变研发进程。”新奥能源研究院院长刘敏胜接受《中国能源报》记者采访时表示,目前新奥已开发聚变领域的大模型数据库,结合大模型技术进行应用,显著提高科研人员的学习效率;2024年,新奥在“玄龙-50U”装置上实现利用人工智能技术对等离子位形的控制,并基于神经算子方法,开发装置的数字孪生系统,多物理场耦合仿真的速度相较传统商业软件提高了4个量级。 可控核聚变按下加速键 从2022年NIF实现净能量增益,到今年1月托卡马克装置(如EAST)实现千秒级高约束模运行,再至今年3月中国环流三号首次突破电子、离子温度“双亿”摄氏度,以及近日“玄龙-50U”氢硼等离子体实现百万安培电流,一系列阶段性突破均表明,聚变的科学可行性将得到全面验证。 “NIF目前已实现约5倍的能量输出与激光能量输入比(Q=5)。”康炜表示,从这一点上看,可控核聚变已实现,下一步业界非常看好其商业化。 值得注意的是,近年来,全球范围内“国家队”之外的私人资本在聚变领域日渐活跃。有数据显示,近五年,全球私人资本在聚变领域的投入已超50亿美元,远超政府项目。截至2024年底,全球核聚变行业已集聚45家民营公司,2024年投入私营聚变公司的公共资金增长了50%以上。 多位专家一致认为,随着相关技术突破及资本涌入,可控核聚变商业化已按下加速键。 比如,新奥计划在2035年建成商业示范堆,而美国Helion、中国星环聚能则计划在更早的2030年前实现这一目标,远早于此前业内普遍期待的“2050年之后”。 在康炜看来,当下行业信心大增的原因有两个:一是在磁约束领域,近年来高温超导技术已开始逐渐大规模转向工业应用,极大降低磁体相关的设备制造成本,丰富了应用经验;二是人工智能的突然爆发,对聚变界形成极大推动。 从当前行业发展态势看,中国聚变界对于人工智能的关注度丝毫不亚于国际,近两年与之相关的项目正呈现多点开花、全面爆发之势。 “西物院在受控核聚变与人工智能的交叉领域已有15余项相关领域科研课题,在实验数据智能分析与预测,数据驱动的仿真建模,聚变装置智能化运行等方面形成了典型应用能力。”李永革说,“我们切实感受到人工智能技术为聚变领域注入的新活力。” “这两年,我们团队的科研项目经费每年都翻倍增长。”康炜亦坦言,“今后5—10年,聚变都将是一个非常火热的行业。在国际上没有技术代差的情况下,基于国内强大的产业链综合制造优势,相信最快实现聚变发电的装置一定在中国。” 生态融合有待加码 在聚变研究中,因为实验环境复杂,获取高质量、完整的数据面临诸多困难,这将对AI模型的训练效果和预测准确性产生极大影响。 “虽然目前人工智能在聚变实验数据的处理、控制、破裂预测等各分支领域都有广泛应用,但应用深度只处于起步阶段。”哈尔滨工业大学教授王晓钢指出,通过60多年的探索,我国在聚变领域已积累大量数据,为下一步人工智能的深度探索奠定了良好基础。“但在各单位都有数据保密要求的情况下,现在面临的最大挑战是数据共享。” 另一方面,AI和聚变都有各自的语言范式,若将AI应用于聚变研究,需要既懂AI又懂聚变的复合型人才,但目前这类人才全面缺乏,而且跨学科合作也面临诸多障碍。“在这种情况下,AI和聚变两方都必须以开放的心态去聆听、理解对方的语言,以此形成真正的交互。”新奥能源研究院聚变人工智能科学家赵寒月说。 “实际上,目前聚变仍处于以深度学习、强化学习为主的‘小模型’时代。”赵寒月指出,外部大模型技术的飞速发展,给聚变行业带来新机遇。“大模型可以通过建立行业的知识平台,达到know—what的程度,但在聚变研究中更需要的是解决实际问题,这就需要至少到know—how的程度。聚变大模型目前朝着这个方向探索,未来有望对加速聚变研发发挥出关键作用。” 赵寒月认为,聚变与人工智能两个尖端领域的交叉需要全行业共同参与。“在大模型领域,DeepSeek以开源方式战胜了闭源,获得爆发式增长。和大模型类似,聚变未来也应该是开放的,要把各种可能的能力、资源都融进来,以生态融合推动快速发展。聚变人工智能领域更应该这样,因为技术爆发太快,闭源就是固步自封。” 据了解,新奥目前与北京大学、南开大学等多家高校开展战略合作,成立了聚变智能联合实验室,致力于开展聚变物理与人工智能学科交叉研究,为行业培养高端后备人才,加速聚变技术突破。