La fusion nucléaire fait un pas de plus avec une nouvelle percée de l’IA
La révolution de l’énergie verte promise par la fusion nucléaire est maintenant un pas de plus, grâce à la première utilisation réussie d’un système d’intelligence artificielle de pointe pour façonner les plasmas d’hydrogène surchauffé à l’intérieur d’un réacteur de fusion.
L’essai réussi indique que l’utilisation de l’IA pourrait être une percée dans la recherche de longue date d’électricité produite à partir de la fusion nucléaire — rapprochant considérablement son introduction pour remplacer les combustibles fossiles et la fission nucléaire sur les réseaux électriques modernes.
« Je pense que l’IA jouera un rôle très important dans le futur contrôle des tokamaks et dans la science de la fusion en général », a déclaré Federico Felici, physicien à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et l’un des chefs de file du projet. dit Live Science. « Il existe un énorme potentiel pour libérer l’IA afin d’obtenir un meilleur contrôle et de comprendre comment faire fonctionner ces appareils de manière plus efficace. »
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Felici est l’un des principaux auteurs d’une nouvelle étude décrivant le projet publié dans la revue Nature. Il a déclaré que les futures expériences au Tokamak à configuration variable (TCV) à Lausanne chercheront d’autres moyens d’intégrer l’IA dans le contrôle des réacteurs à fusion. « Ce que nous avons fait était vraiment une sorte de preuve de principe », a-t-il déclaré. « Nous sommes très heureux de cette première étape. »
Felici et ses collègues du Swiss Plasma Center (SPC) de l’EPFL ont collaboré avec des scientifiques et des ingénieurs de la société britannique DeepMind – une filiale d’Alphabet, propriétaire de Google – pour tester le système d’intelligence artificielle sur le TCV.
Le réacteur à fusion en forme de beignet est le type qui semble le plus prometteur pour contrôler la fusion nucléaire ; une conception de tokamak est utilisée pour l’énorme projet international ITER (« la voie » en latin) en cours de construction en France, et certains promoteurs pensent qu’ils auront un tokamak en exploitation commerciale dès 2030.
Intelligence artificielle
Le tokamak est principalement contrôlé par 19 bobines magnétiques qui peuvent être utilisées pour façonner et positionner le plasma d’hydrogène à l’intérieur de la chambre de fusion, tout en dirigeant un courant électrique à travers celle-ci, a expliqué Felici.
Les bobines sont généralement régies par un ensemble de contrôleurs informatisés indépendants – un pour chaque aspect du plasma qui figure dans une expérience – qui sont programmés selon des calculs d’ingénierie de contrôle complexes, en fonction des conditions particulières testées. Mais le nouveau système d’IA était capable de manipuler le plasma avec un seul contrôleur, a-t-il déclaré.
L’IA – un système « d’apprentissage par renforcement profond » (RL) développé par DeepMind – a d’abord été formé sur des simulations du tokamak – une alternative moins chère et beaucoup plus sûre à la réalité.
Mais les simulations informatiques sont lentes : il faut plusieurs heures pour simuler quelques secondes de fonctionnement en temps réel du tokamak. De plus, les conditions expérimentales du TCV peuvent changer d’un jour à l’autre, et les développeurs d’IA devaient donc tenir compte de ces changements dans les simulations.
Lorsque le processus de formation simulé était terminé, cependant, l’IA était couplée au tokamak réel.
Le TCV peut maintenir un plasma d’hydrogène surchauffé, généralement à plus de 216 millions de degrés Fahrenheit (120 millions de degrés Celsius), pendant un maximum de 3 secondes. Après cela, il a besoin de 15 minutes pour se refroidir et se réinitialiser, et entre 30 et 35 « coups » de ce type sont généralement effectués chaque jour, a déclaré Felici.
Au total, environ 100 tirs ont été effectués avec le TCV sous contrôle de l’IA sur plusieurs jours, a-t-il déclaré : « Nous voulions une sorte de variété dans les différentes formes de plasma que nous pouvions obtenir, et l’essayer dans diverses conditions. »
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Bien que le TCV n’utilise pas de plasmas d’hydrogène lourd en neutrons qui produiraient des niveaux élevés de fusion nucléaire, les expériences d’IA ont abouti à de nouvelles façons de façonner les plasmas à l’intérieur du tokamak qui pourraient conduire à un contrôle beaucoup plus grand de l’ensemble du processus de fusion, a-t-il déclaré. .
Plasma de mise en forme
L’IA s’est avérée apte à positionner et à façonner le plasma à l’intérieur de la chambre de fusion du tokamak dans les configurations les plus courantes, y compris la forme dite de flocon de neige considérée comme la configuration la plus efficace pour la fusion, a déclaré Felici.
De plus, il a été capable de façonner le plasma en « gouttelettes » – des anneaux de plasma supérieur et inférieur séparés dans la chambre – ce qui n’avait jamais été tenté auparavant, bien que les techniques d’ingénierie de contrôle standard auraient également pu fonctionner, a-t-il déclaré.
Créer la forme de la gouttelette « était très facile à faire avec l’apprentissage automatique », a déclaré Felici. « Nous pourrions simplement demander au contrôleur de créer le plasma comme ça, et l’IA a compris comment le faire. »
Les chercheurs ont également constaté que l’IA utilisait les bobines magnétiques pour contrôler les plasmas à l’intérieur de la chambre d’une manière différente de celle qui aurait résulté du système de contrôle standard, a-t-il déclaré.
« Nous pouvons maintenant essayer d’appliquer les mêmes concepts à des problèmes beaucoup plus compliqués », a-t-il déclaré. « Parce que nous obtenons de bien meilleurs modèles du comportement du tokamak, nous pouvons appliquer ce type d’outils à des problèmes plus avancés. »
Les expériences plasma au TCV soutiendront le projet ITER, un tokamak massif qui devrait réaliser une fusion à grande échelle vers 2035. Les promoteurs espèrent qu’ITER sera le pionnier de nouvelles façons d’utiliser la fusion nucléaire pour générer de l’électricité utilisable sans carbone émissions et avec seulement de faibles niveaux de radioactivité.
Les expériences TCV éclaireront également les conceptions des réacteurs à fusion DEMO, qui sont considérés comme des successeurs d’ITER qui fourniront de l’électricité aux réseaux électriques – ce pour quoi ITER n’est pas conçu. Plusieurs pays travaillent sur des conceptions de réacteurs DEMO ; l’un des plus avancés, le réacteur européen EUROfusion, devrait entrer en service en 2051.
Publié à l’origine sur Live Science.