Science

An AI used to control the nuclear fusion developed by DeepMind and EPFL

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DeepMind, a company (appartenant to Google) specialized in artificial intelligence, currently collaborates with the researchers of the École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), at the Swiss Plasma Center (CPS). Dans un article parau dans Nature, ils expliquent comment ils sont parvenus à simplifyer le processus de control du plasma issu d’une fusion nucléaire grace à une intelligence artificiale.

The artificial intelligence in question is currently capable of containing the plasma in a tokamak and the controller for its faire in different configurations. If I term you “tokamak” you evoke a sort of hammock, il vous faudra peut-être una petite explicación sur le sujet. In reality, the agitation of a structure in the form of beignet used in the experimental research on nuclear fusion to contain the plasma.

The nuclear fusion, ardently studied by scientists, is the reaction to the course of the quelle deux noyaux atomics « légers » percutent à grande vitesse pour fusionner. This phenomenon releases a huge amount of energy, without the inconveniences that lie behind radioactive debris and nuclear risks. It is in fact to be distinguished from nuclear fission, which is based on the contrary on the capacity of atoms (mainly uranium) to be divided into many, a phenomenon currently used in nuclear power plants.

Free nuclear fusion brings together three large quantities of energy (more important than the fission). Pour donner une idée, c’est le même phénomène que est à l’œuvre dans notre soleil ou d’autres étoiles! Lorsque les scientifiques parviennent à generer une fusion nucléaire, ils obtiennent ce qu’on appelle du «plasma» d’hydrogène, que ateint generalement une température plus elevée que celle du Soleil. Comme on peut s’y attendre, il n’est donc pas facile de contenir toute cette énergie. Or, for the extraction of one that can be used and can be used in fair one day, it is necessary to contain the plasma, for which it is maintained.

If they are not willing to maintain it, the reaction is not maintained as well. Dans une étoile, où elle (la réaction) se fait naturellement, c’est la force de gravité que tient lieu de «carcan» pour l’énergie. Sur Terre, for the content, the scientists use the coils to generate a magnetic shampoo. Cependant, ce fameux plasma est très unstable, son état change en continua: les scientifiques doivent donc faire des calculs et des simulations extrêmement complexes pour savoir comment adjustor le champétique. « For example, a control system that coordinates the names of the magnetic coils of the tokamak and adjusts the voltage of the milliers of fois for seconde pour s’assurer that plasma and touche never stops the cuve, which enters a part of the chaleur et eventuellement des dommages », explains DeepMind.

An AI that “sculpts” you

Malgré des années de recherches, tous ces adjustments et calculs remaining complexes et chronophages. In addition, as explained by DeepMind, the accesses of scientists and research structures such as tokamaks are limited, and the names are of the greatest number of experiences.

“Our simulation is based on more than 20 years of research and is more than a day in permanence”, explains Federico Felici, scientist at the CPS and co-author of the study, in a statement from the EPFL. « Mais même ainsi, de longs calculs sont encore nécessaires pour determinate la bonne valeur pour chaque variable du système de contrôle. C’est là qu’intervient notre projet de recherche conjoint avec DeepMind».

The team actually used an artificial intelligence to simplify the calculation process. Our experiments revealed that it was capable of controlling the 19 self-contained magnetic coils to contain and “sculpter” the plasma, which donner different shapes. The chercheurs are based on the « apprentissage par renforcement », using a neuronal réseau. For rappelling, a neuronal reseau is a system inspired by the function of biological neurons, more adapted to statistical methods. L’intelligence artificielle se « nourrit » de données pour extraire des connexions logiques, et les traiter pour fournir a résultat.

Artificial intelligence began to “learn”, observing the fact that the coil settings affect the shape and characteristics of the plasma. Ensuite, les scientifiques ont pu fixer des objectifs en lui demandant de recréer ces formes par elle-même. I put on board this content by the usual methods, because I trusted the IA’s bons soins. It is alors montrée capable of manipulating it, in the simulation and in real conditions. There is no adjustment in this fact between simulation and direct experimentation. Il leur a été possible de fixer des objects concerning la forma du plasma, sa stabilité, or encore sa position dans la cuve.

Se fixer sur l’objectif à réaliser

Selon les scientifiques, cette approche «permet la définition intuitive d’objectifs de performance, en mettant l’accent sur ce qui doit être réalisé, plutôt que sur comment». Elle greatly simplifies the calculations. It also allows you to use a seul contrôleur pour toutes les bobines, au lieu d’un par bobine. If the characteristics and the shape of the plasma are important, it seems that they affect the ability to obtain a better stability, a more efficient confinement, but also to optimize the energy output.

The research team is parvenue à faire to reproduce the AI ​​in different “forms” of plasma. © DeepMind & SPC/EPFL

The IA would also, for example, reproduce a configuration called “en flocon de neige”, where the form would allow me to distribute the energy released by the cuve. It is also possible to create a formation « en gouttelette », it is dire in isolant deux plasmas différents dans une même cuve, or encore une form de « D » proche de ce qu’il est prévu d’utiliser dans un tokamak de plus large échelle under construction in France, ITER. In effect, cet usage de l’IA devrait être encore plus utile dans des réacteurs de taille plus grande, puisque les calculs seront d’autant plus complexes à réaliser.

“Il s’agit d’une nouvelle direction prometteuse pour la conception de contrôleurs à plasma, avec le potentiel d’accélérer la science de la fusion, d’explorer de nouvelles configurations et d’aider au développement futur du tokamak”, he congratulated les chercheurs dans l’étude.

Source : Nature

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