Термоядерный реактор в США предсказал нестабильность плазмы за 200 миллисекунд — и предотвратил её
Инженеры Национальной установки термоядерного синтеза США DIII-D в Сан-Диего провели 5 успешных тестов автоматизированной системы стабилизации плазмы PACMAN (Prediction And Control using MAchiNe learning). В одном из тестов система предсказала разрушительную нестабильность за 200 миллисекунд до её формирования и скорректировала параметры реактора, предотвратив возмущение. Стандартные контроллеры замечают такие возмущения только после их возникновения — и затем пытаются подавить, теряя производительность.
Платформа PACMAN на базе машинного обучения провела 5 тестов: 20 миллисекунд на цикл, шесть гиротронов под единым управлением, ни одного вмешательства человека
«Весь цикл PACMAN занимает около 20 миллисекунд, он без остановки, видит мельчайшие изменения в плазме и реагирует так, как человек не смог бы никогда», — объяснил соавтор работы Энди Ротштейн. Платформа также решила оптимизационную задачу, для которой ранее не существовало единой формулы: она одновременно скоординировала все шесть гиротронов реактора — мощных микроволновых систем нагрева топлива — меняя углы зеркал и выходную мощность каждого.
Источник изображения: General Atomics
Архитектура PACMAN — конвейер из четырёх станций: сбор сырых диагностических данных (температура, плотность, магнитные параметры), отбраковка ошибок измерений, ML-предсказание поведения топлива и преобразование прогнозов в аппаратные команды с разрешением конфликтов и соблюдением лимитов безопасности. Модульная конструкция позволяет изменять или целиком заменять отдельный алгоритм за дни, не затрагивая остальные участки решения — раньше каждый ML-проект для термоядерного синтеза каждый раз создавался заново и с нуля.
Традиционное моделирование физики плазмы занимает до нескольких месяцев — что слишком медленно для живого эксперимента длительностью в минуты. ML-модели создают прогнозы за доли секунды, а живые операторы по-прежнему контролируют процесс: задают цели, настраивают параметры между импульсами и полагаются на жёсткие лимиты для предотвращения повреждения оборудования. Создатели утверждают, что платформа легко переносится на другие токамаки, предлагая адаптируемый стандарт управления для будущих коммерческих установок.