Физики из Принстонского университета и Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) разработали и испытали программный комплекс PACMAN на основе искусственного интеллекта. Система в реальном времени управляет плазмой в установках термоядерного синтеза, реагируя на изменения её состояния за миллисекунды – быстрее, чем это может сделать человек.
В термоядерных реакторах типа токамак плазма, разогретая до сверхвысоких температур, крайне нестабильна. Любые возмущения могут за тысячные доли секунды привести к срыву реакции. Операторы не успевают реагировать на такие быстрые процессы, а компьютерное моделирование, способное предсказать поведение плазмы, занимает дни или месяцы и не подходит для управления экспериментом в реальном времени.
Система PACMAN объединяет несколько моделей машинного обучения в едином контуре управления. Она считывает показания датчиков токамака, анализирует их, прогнозирует развитие событий и отдаёт команды управляющим системам, например, нагревательным установкам или магнитам. Весь цикл занимает около 20 миллисекунд. Платформа имеет модульную структуру, что позволяет учёным легко добавлять или заменять отдельные ИИ-алгоритмы.
Работоспособность комплекса проверили в пяти экспериментах на токамаке DIII-D Национальной термоядерной установки в Сан-Диего. В ходе тестов система самостоятельно управляла системами нагрева, предсказывала выбросы энергии и корректировала плотность плазмы. Ключевым достижением стала способность ИИ предсказывать так называемую тиринг-неустойчивость за 200 миллисекунд до её начала и изменять параметры плазмы, чтобы предотвратить срыв. Существующие системы контроля могут лишь пытаться подавить эту нестабильность, когда она уже началась.
Кроме того, PACMAN смог одновременно координировать работу всех шести гиротронов – систем микроволнового нагрева, в реальном времени меняя их мощность и положение зеркал для достижения заданных исследователями целей. Разработчики отмечают, что новая платформа значительно ускоряет исследования: если на внедрение первой ИИ-модели ушли месяцы, то вторая была интегрирована за несколько дней.
При этом система не заменяет человека. Именно оператор-физик ставит цели и определяет жёсткие рамки безопасности, в которых действует искусственный интеллект. Как отмечают авторы исследования, опубликованного в журнале Nuclear Fusion, гибкая архитектура PACMAN позволит адаптировать его для других термоядерных установок и может стать единой инфраструктурой для всего научного сообщества в этой области.
