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装置 人工智能会让人类追寻“理想能源”梦想成真吗？( 二 )


ITER近期目标是在2035年开始核聚变反应，但它更宏大的目标是：超越“收支平衡”，达到10倍效率。科学家们有信心达成这一目标。
不过，ITER等离子体物理学分部负责人西蒙·平奇斯认为，目前的问题是“我们是否拥有建立商业化可行的核聚变发电厂技术”。因为即使ITER能达成其目标，真正实现核聚变的旅程还很漫长。核聚变反应堆的设计不是用来捕获以电的形式所产生的能量，而是为未来建立核聚变发电厂铺平道路。
仿星器研究复兴
核聚变行业创新带来新曙光
不过，留给人类的时间真的不多了。随着气候变化形势严峻，寻找替代化石燃料新能源的任务日益紧迫。
可喜的是，整个核聚变行业正在出现一系列创新，这将使廉价、可持续反应堆成为现实的时间从几十年提前到几年。最重要的是，科学家发现了能在更高温度下工作的超导体，那么核聚变装置就可以在不太极端的超冷条件下产生强磁场。利用新的超导材料可让磁铁体积更小，从而使托卡马克装置的设计更为紧凑。
最近，从施工技术到可以检查和维护反应堆部件的机器人系统等一系列技术突破，也使得核聚变产业成本进一步降低。“核聚变研究已经从政府资助研究的纯学术活动，变成了私营部门也可以投资加入的活动。”平奇斯说。
这引发了私营企业之间争先实现可持续核聚变的角逐。美国联邦核聚变系统公司就是其中一名表现突出的选手。它是美国麻省理工学院旗下的一家分公司，其部分资金来自比尔·盖茨、杰夫·贝佐斯和理查德·布兰森等亿万富翁。它使用了与JET、ITER和EAST相同的托卡马克技术，目标是在未来10年内建成一座核聚变反应堆。其他核聚变技术开发竞争者，如温德里奇托卡马克能源公司，也在争取到2030年能为电网供电。
不过，也有不少人对私营企业的承诺持谨慎态度。负责JET计划的Euroflusion财团的项目经理托尼·多恩表示，即便是那些已经建立较长一段时间的公司，也需要10年时间才有望建成一座反应堆。
那些设计托卡马克装置的公司或机构都面临同样的问题，其中最主要的是如何处理等离子体的不稳定性。
托卡马克磁场的等离子体在高温下容易出现行为异常——这些行为有时像湖面上的小涟漪，有时则像阵阵汹涌的潮汐，将等离子体一波波射向反应堆壁。等离子体的这种不稳定性是困扰反应堆的设计难题，而理解核聚变的复杂反应需要大量数据和时间。“目前建立一种完整的预测模型可能需要数周时间。”平奇斯说。因此，科学家们正在寻找目前磁约束的替代技术。
上世纪80年代开始，研究人员对早已被放弃的等离子仿星器重新产生了兴趣。美国普林斯顿大学的阿米塔瓦·巴塔查吉说，计算能力的提高，意味着在更复杂结构中对等离子体行为进行建模已成为可能。与此同时，新材料和新的建造方法意味着建造一个仿星器也比以前要容易得多。“这是仿星器研究的复兴。”巴塔查吉透露，他们基于仿星器开发的复杂设计，将可产生能够稳定等离子体的磁场模式。
装置 人工智能会让人类追寻“理想能源”梦想成真吗？
文章插图

▲世界上最大的仿星器装置文德斯坦7-X
虽然仿星器技术曾经比托卡马卡装置落后了几十年，但如今正在迎头赶上。2015年，世界上最大的仿星器装置文德斯坦7-X在德国马克斯普朗克等离子体物理研究所启动，准备维持等离子体30分钟，这一里程碑式的进展预计将于今年实现。之后，它的目标是开始核聚变运行。
然而，建造理想的核聚变反应堆仍是一项极其复杂、耗时的工作。巴塔察吉介绍，要实现仿星器的最佳设计通常需要反复研究大约50个参数，直到找到最佳设计方案。
核聚变实验仿真呼之欲出
人工智能为最终突破助力
过去几年里，一个新的合作伙伴正在为等离子体物理学家们提供越来越多的助力，帮助将一个可持续运行的反应堆设计推向终点，这个新的合作伙伴就是人工智能。“人工智能可以更快的速度对各种可能性进行更深入的探索。”巴塔察吉说。
例如，总部位于美国加州的核聚变研究公司TAE Eechnologies自2014年起就与谷歌的人工智能DeepMind AI建立了合作关系。加拿大的通用核聚变公司也在与微软开展合作。TAE的戴维·尤因指出，他们的研究已经有了一些进展，特别是在模拟等离子体的行为反应，以及温度、密度和磁场的不同配置方面，“在使用机器学习之前，优化特定实验装置的性能可能需要一个多月，而现在只要数小时就能完成”。

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