Исследователи из Техасского университета в 10 раз повысили точность вычислений для стеллараторов с использованием ИИ

Учёные из Техасского Университета в Остине, совместно с партнёрами, разработали инновационную методику расчёта движения высокоэнергетических частиц в стеллараторах — одном из видов термоядерных реакторов. Это решение позволит более точно прогнозировать поведение альфа-частиц, образующихся при синтезе, и минимизировать потери энергии, связанные с их выходом за пределы магнитного поля. Это значительный шаг к созданию устойчивой термоядерной реакции, однако ключевой вопрос — достижение положительного энергобаланса — остаётся нерешённым.

Ранее моделирование велось двумя методами: теорией возмущений, дававшей неточные результаты в сложных магнитных полях стеллараторов, и ресурсоёмкими симуляциями на основе законов Ньютона. Последние подразумевали анализ полной траектории каждой частицы через силу Лоренца, что делало оптимизацию конструкции реактора практически невозможной. Ученые, задумавшиеся над этой проблемой, указывали на необходимость тысяч итераций с минимальными изменениями параметров, чтобы устранить «проблемные области» в магнитной конфигурации.

В новом методе, описанном в исследовании, часть вычислений заменена алгоритмами машинного обучения. Это дало возможность выявить скрытую симметрию в движении частиц, которую не учитывали традиционные методы. «Прямое применение законов Ньютона слишком затратно, а теории возмущений допускают грубые ошибки, — пояснил Джош Берби, доцент физики и ведущий автор работы. — Наш подход успешно обходит эти ограничения, сохраняя высокую точность».

Скорость моделирования увеличилась в десять раз по сравнению с ньютоновским анализом. Однако, алгоритм требует повторных расчётов при любом изменении магнитного поля, что пока создаёт высокую вычислительную нагрузку. Исследователи надеются решить эту проблему с помощью развития фундаментальных моделей ИИ и методов разреженной регрессии.

Технология, получившая название «непертурбативная теория направляющего центра», изначально разработана для стеллараторов, но имеет потенциальное применение и в токамаках — тороидальных реакторах, преобладающих в современных экспериментах. Несмотря на прогресс, авторы подчёркивают, что основной барьер термоядерной энергетики — производство больше энергии, чем затрачивается на запуск реакции — остаётся. Даже при успешных экспериментах общий баланс системы оставался отрицательным из-за затрат на поддержание плазмы и работу оборудования.

Таким образом, хотя это открытие значительно упрощает проектирование магнитных систем для удержания частиц, до коммерческого применения термоядерной энергии ещё далеко. Работа техасской команды — важный, но не окончательный элемент в решении этой масштабной научно-инженерной задачи.

Источник: iXBT