打开网易新闻 查看精彩图片

刚在《自然》杂志看到一项研究,美国普林斯顿大学,爱因斯坦的老家,可能已经用人工智能驯服了可控核聚变的最大天敌——等离子体的撕裂,这意味着约束时间可能大大增加,人类离无限的清洁能源越来越近了吗?

可控核聚变是人类的终极梦想,通过将太阳内部的核融合方式转移到地球上,我们可以获得取之不尽用之不竭的清洁能源,避免再用化石能源来烧烤我们的地球。

然而要实现可控核聚变一直是巨大的挑战,最大的困难就是如何长时间稳定地控制超高温等离子体——太阳内部的两个质子,平均要76.2亿年才有一次机会点燃“爱情”的火花,融合在一起。

太阳有大把的时间,巨大的体量——太阳质量占整个太阳系的99.8%,可以等待质子们悠哉游哉地谈情说爱,但我们显然等不了这么长的时间,那怎么办呢?

托卡马克装置应运而生,它把核燃料加热到比太阳内部温度还高,形成等离子体,给原子核注入巨大的能量,然后用超强的磁场把它们压缩在一起,让它们有更多机会“谈情说爱”,剩下的就交给时间和命运了。

打开网易新闻 查看精彩图片

我们需要做的,就是尽量延长这个控制时间,给原子核们创造更多的机会。然而原子核们能量越大,活动能力就越强,很容易就冲破磁场的约束,从而让轰轰烈烈的大型“相亲”现场瞬间崩塌,原子核们作鸟兽散去。

这就是所谓的“撕裂模式”,等离子体中的磁场线断裂,导致等离子体不稳定,能量快速丧失,是可控核聚变的最大天敌,人类每一次倾注最大能量和热情的托卡马克试验,都戛然终止于这种失控,一直无法实现Q值,也就是输出能量大于输入能量的可控核聚变。

普林斯顿大学最近终于找到了解决“撕裂模式”的金钥匙——人工智能(AI),他们把大量关于等离子体行为的数据喂给AI,通过一系列复杂的算法训练,让AI学会了识别什么时候等离子体会变得不稳定,并可以提前0.3秒发出“警告”。

但这个“预警”时间对人类显然没有意义,连你听到警告伸出一根手指都来不及,然而对AI来说这却是小事一桩,它可以在裂口真正形成之前,通过调整磁场强度、等离子体的注入量和温度等参数,来修补这个即将出现的撕裂,让原子核们的大型“相亲”活动不至于马上崩溃。

打开网易新闻 查看精彩图片

判断可控核聚变能不能持续进行,并实现输出能量大于输入能量,最重要的就是核聚变三重积,也就是等离子体温度、密度和约束时间的乘积,需要达到约3.5×10^28 K·秒/立方米,才可能取得收支平衡,而目前最大的托卡马克三重积纪录,是1996年日本的JT-60创造的1.77×10^28 K·秒/立方米,还差了整整一半。

但一些科学家认为,所谓的三重积可能永远也无法实现,因为这三个参数此消彼长,可能根本就无法达到融合持续发生的要求。但普林斯顿大学的AI控制,相当于在原有基础上,给托卡马克装置增加了新的变量,会不会有助于三重积的突破呢?

科学家们认为,这一控制技术的突破,可以开发出稳定的高性能操作场景,为在即将竣工的国际热核聚变装置(ITER)中使用铺平了道路。他们希望获得更多的反应堆性能数据,训练人工智能识别其他聚变不稳定性,从而最终实现高效能的人造太阳发电。

这项研究发表在2月21日《自然》杂志上,标题:

Avoiding fusion plasma tearing instability with deep reinforcement learning