美國能源部最近宣布為包括卡內基梅隆大學(xué)在內的 13 個(gè)機構的 9 個(gè)項目提供 1600 萬(wàn)美元的資助，這些項目旨在建立開(kāi)發(fā)聚變能源所需的科學(xué)基礎。這些項目的重點(diǎn)是推進(jìn)創(chuàng )新聚變技術(shù)以及在小規模實(shí)驗和位于圣地亞哥的 DIII-D 國家聚變設施上的合作研究 ，該設施是美國最大的托卡馬克裝置。CMU 將在三年內收到約 120 萬(wàn)美元。
美國能源部科學(xué)辦公室副主任讓·保羅·阿蘭 (Jean Paul Allin) 表示：“在為聚變能源奠定科學(xué)基礎的同時(shí)，我們還必須提高現有聚變技術(shù)的成熟度，并探索有可能徹底改變聚變領(lǐng)域的全新創(chuàng )新。”DIII-D的廣泛能力使其成為追求具有巨大潛力但還不夠成熟、無(wú)法被私營(yíng)部門(mén)采用的領(lǐng)域的理想設施。
當氫原子核撞擊或融合在一起時(shí)，就會(huì )發(fā)生核聚變。這個(gè)過(guò)程釋放了大量的能量，但要維持在電網(wǎng)所需的水平仍然具有挑戰性。一種產(chǎn)生核聚變的方法是利用磁場(chǎng)在所需的溫度和壓力下容納氫等離子體，以實(shí)現核聚變。這個(gè)過(guò)程發(fā)生在托卡馬克裝置內——托卡馬克裝置是一種大型機器，利用磁場(chǎng)將氫等離子體限制在一個(gè)稱(chēng)為環(huán)面的甜甜圈形狀中。遏制等離子體并保持其形狀需要對磁場(chǎng)和額外氫粒子的爆炸進(jìn)行數百次微操作。
美國能源部的資金將使機器人研究所的研究教授 Jeff Schneider 和他的團隊能夠繼續使用機器學(xué)習控制聚變反應的研究。
去年，施耐德指導的機器學(xué)習系博士生 Ian Char 使用強化學(xué)習來(lái)控制 DIII-D 托卡馬克裝置的氫等離子體。Char 是第一個(gè)在備受追捧的機器上進(jìn)行實(shí)驗的卡耐基梅隆大學(xué)研究人員，第一個(gè)使用強化學(xué)習來(lái)影響托卡馬克等離子體旋轉的人，也是第一個(gè)在美國最大的運行托卡馬克機器上嘗試強化學(xué)習的人。
施耐德和他的團隊現在將嘗試開(kāi)發(fā)一種基于機器學(xué)習的系統，該系統可以同時(shí)控制氫粒子的注入、等離子體的形狀及其電流和密度。開(kāi)發(fā)這樣的系統對于 ITER 的發(fā)展至關(guān)重要，ITER 以前稱(chēng)為國際熱核實(shí)驗反應堆，這是一個(gè)國際核聚變研究項目，將于 2025 年竣工，成為世界上最大的托卡馬克裝置。
“擬議的工作將把機器學(xué)習技術(shù)的力量帶到 DIII-D 的等離子體控制中。這將為 ITER 的成功運行奠定基礎，ITER 需要超出當前能力的等離子體控制水平，并且還將擴大對等離子體演化和不穩定性的科學(xué)認識。”施耐德說(shuō)。“卡內基梅隆大學(xué)正在利用其在機器學(xué)習方面的專(zhuān)業(yè)知識來(lái)幫助全球科學(xué)界利用清潔、豐富的新能源。”
與過(guò)去一樣，卡內基梅隆大學(xué)團隊將與普林斯頓等離子體物理實(shí)驗室和斯坦福大學(xué) SLAC 國家加速器實(shí)驗室合作開(kāi)展這項工作。
