Исследователи Принстонского университета и Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США разработали программную систему PACMAN, способную управлять плазмой в термоядерных установках за миллисекунды. Она также прогнозирует опасные неустойчивости до их возникновения. Результаты работы опубликованы в журнале Nuclear Fusion, сообщает SciTechDaily.
В некоторых термоядерных системах температура частиц превышает температуру в центре Солнца. Удерживать такую плазму крайне сложно: возмущения могут развиться за несколько тысячных долей секунды, поэтому человек не успевает своевременно отреагировать. PACMAN использует искусственный интеллект для принятия решений с машинной скоростью, сохраняя при этом заданные ограничения безопасности и контроль человека над общими параметрами эксперимента.
Название PACMAN расшифровывается как Prediction And Control using MAchiNe learning — «прогнозирование и управление с помощью машинного обучения». Система объединяет несколько моделей машинного обучения в единый контур управления. В пяти экспериментах на термоядерной установке DIII-D в Сан-Диего исследователи проверили её способность управлять нагревом плазмы, прогнозировать всплески энергии и контролировать плазменные волны.
Работа PACMAN начинается со сбора данных о температуре, плотности и магнитных сигналах токамака. Затем искусственный интеллект оценивает текущее состояние плазмы и возможное развитие событий, после чего контроллеры выбирают необходимые действия, например изменение мощности нагревательного пучка. Перед передачей команд установка проверяет их на соответствие аппаратным ограничениям безопасности и устраняет возможные противоречия между отдельными рекомендациями.
В одном из экспериментов система предсказала неустойчивость типа «разрыва» примерно за 200 миллисекунд до её появления. Это позволило изменить состояние плазмы и предотвратить развитие явления, а не подавлять его уже после начала. PACMAN также одновременно управляла всеми шестью гиротронами DIII-D — установками, нагревающими плазму мощными микроволновыми пучками, — регулируя направление зеркал и уровень мощности.
По словам разработчиков, полный цикл работы системы обычно занимает около 20 миллисекунд, тогда как целенаправленная реакция оператора занимает секунды. Модульная архитектура позволяет добавлять, заменять и тестировать отдельные модели без перестройки всей системы: установка первого компонента заняла месяцы, а второго — всего несколько дней. При этом окончательные параметры управления задаёт человек, а физики анализируют результаты экспериментов и корректируют контроллеры перед следующими запусками.