Исследователи Принстонского университета и Принстонской лаборатории физики плазмы разработали программную систему PACMAN, которая применяет искусственный интеллект для управления плазмой в термоядерных установках. Она способна принимать решения примерно за 20 миллисекунд, что значительно быстрее реакции человека. Разработка также прогнозирует опасные нестабильности до их возникновения.
В термоядерных установках температура плазмы может превышать температуру в центре Солнца. Для удержания такого состояния необходимо постоянно корректировать работу нагревателей, магнитов и систем подачи газа. Даже небольшие возмущения способны развиться за миллисекунды и нарушить процесс, поэтому обычные компьютерные модели не подходят для управления в реальном времени.
Название PACMAN расшифровывается как Prediction And Control using MAchiNe learning — «прогнозирование и управление с помощью машинного обучения». Система объединяет несколько моделей искусственного интеллекта в единый контур управления. Она получает данные о температуре, плотности и магнитных сигналах, оценивает текущее состояние плазмы, выбирает необходимые действия и проверяет команды на соответствие ограничениям безопасности.
Работу PACMAN проверили в пяти экспериментах на токамаке DIII-D Национального термоядерного комплекса в Сан-Диего. Система управляла нагревом, прогнозировала энергетические всплески на краю плазмы, контролировала волны от быстрых частиц, а также регулировала плотность и вращение плазмы. Кроме того, искусственный интеллект одновременно управлял шестью гиротронами, меняя направление их зеркал и мощность микроволновых пучков.
Особое внимание исследователи уделили нестабильности типа tearing mode. В одном из экспериментов модель предсказала ее примерно за 200 миллисекунд до начала, что позволило изменить параметры плазмы и предотвратить развитие процесса. Ранее традиционные системы могли обнаружить такую нестабильность только после ее возникновения.
При этом PACMAN не исключает человека из процесса управления. Программная система в любом случае соблюдает аппаратные ограничения, а физики анализируют результаты экспериментов и корректируют настройки перед следующими запусками. По словам разработчиков, модульная архитектура позволит переносить систему на токамаки с другими размерами, формами и набором оборудования.
