Vnitřnosti tokamaku Joint European Torus (JET). Kredit: EFDA JET.

Všichni sní o fúzi. Zkrotit sílu hvězd ale není jenom tak. Abychom mohli rozjet slučování atomových jader, tak nejdřív musíme fúzi prozkoumat ze všech stran. Vědci například musí zvládnout narušení plazmatu (disruptions), tedy události, které vedou ke zhroucení magneticky uvězněného plazmatu a mohou i poškodit tokamak. Je to pochopitelně nesmírně náročné na výpočty, takže fyzici potřebují úžasný superpočítač s mazanou umělou inteligencí.

William Tang. Kredit: PPPL / Elle Starkman / Office of Communications.

Proto je dobrou zprávou pro všechny fanoušky fúzní energetiky, že projekt pro předpovídání a krocení narušení fúze, na němž pracují americké laboratoře Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) a Princetonská univerzita, se stal, jako jeden z 10 vybraných projektů, součástí programu Aurora Early Science. Jde o projekt využití umělé inteligence při vývoji fúzní energetiky „Accelerated Deep Learning Discovery in Fusion Energy Science“, který se teď stane jedním z prvních úkolů pro budoucí superpočítač Aurora.

Logo PPPL.

Aurora, tedy „polární záře“ se měl původně objevit už letos a měl mít maximální výkon 180 petaFLOPS, což by mu zajistilo pozici nejvýkonnějšího superpočítače světa. Společnost Intel, která se na stavbě Aurory pro americké laboratoře Argonne National Laboratory v Illinois významně podílí, ale změnila plány ohledně mikroprocesorů, a spuštění Aurory bylo posunuto na rok 2021. Plánovaný výkon Aurory ovšem dramaticky vzrostl na 1 exaFLOPS. To znamená, že se Aurora nejspíš stane prvním americkým superpočítačem, který bude zvládat exascale výpočty. Jeden exaFLOPS přitom odpovídá jednomu trilionu (10 na osmnáctou) operací s plovoucí řádovou čárkou za sekundu. Aurora tím pádem daleko předstihne veškeré superpočítače, které jsou v tuto chvíli na světě v provozu.

Cílem projektu Accelerated Deep Learning Discovery in Fusion Energy Science je vyvinout metodu, s níž bude možné předpovídat a také kontrolovat narušení plazmatu v tokamacích, jako je v bolestech se rodící tokamak ITER ve Francii. Udržení fúzní reakce je totiž nezbytné pro kontinuální produkci fúzní energie. Vedoucí projektu William Tang z PPPL a jeho kolegové se rozhodli urychlit vývoj fúzních technologií a zapojili do toho umělou inteligenci.

Budoucí superrpočítač Aurora. Kredit: ANL.

Laboratoře PPPL a Princeton vyvíjejí pro fúzní energetiku umělou inteligenci Fusion Recurrent Neural Network (FRNN). Trénují ji na detekci událostí, které se týkají fúzních reakcí. Tahle inteligence by měla být schopná předpovědět, že velkém tokamaku dojde k narušení plazmatu a získá tím čas k efektivnímu zásahu. Tang a spol. používají k výcviku této inteligence rozsáhlou databázi narušení plazmatu, kterou jim poskytuje britský Joint European Torus (JET), momentálně největší a nejvýkonnější tokamak světa.

Aby umělá inteligence FRNN splnila extrémní nároky budovaného tokamaku ITER, tak musí být schopná předpovědět narušení plazmatu s 95 procentní přesností a s méně než 5 procenty falešných poplachů. A musí to zvládnout nejméně 30 milisekund před samotným narušením. Badatelé momentálně při vývoji této inteligence využívají stávající superpočítače, jako je Titan v Oak Ridge National Laboratory nebo Tsubame 3.0 v Tokiu. Brzy by také měli spolupracovat se světovým rekordmanem, superpočítačem Summit v Oak Ridge National Laboratory. Až ale spustí Auroru, tak to bude teprve jízda.

Video:  How Close Are We to Fusion Energy?


Video:  Inside JET, the world record-holding fusion reactor


Literatura
PPPL 27. 8. 2018.