Yapay Zeka, Neredeyse Sınırsız Temiz Enerji İçin Nükleer Füzyon İkilemini Çözüyor

Princeton araştırmacıları, umut verici bir temiz enerji kaynağı olan uygulanabilir nükleer füzyon enerjisini gerçekleştirmeye yönelik büyük bir atılım gerçekleştirdi. Yapay zekayı kullanan bilim insanları, füzyon reaksiyonlarını besleyen sıcak plazmanın hapsedilmesini önemli ölçüde geliştirdi.

Nükleer Füzyon Enerjisinin Vaadi

Başarılı bir şekilde kullanılırsa nükleer füzyon reaksiyonları, sera gazı emisyonları üretmeden bol miktarda temiz enerji kaynağı sağlayabilir. Enerji açığa çıkarmak için atomları bölen nükleer fisyondan farklı olarak nükleer füzyon, daha hafif atomları daha ağır olanlarla birleştirerek süreçte çok büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

Nükleer füzyon için girdi yakıtları bol miktarda bulunmaktadır: döteryum deniz suyundan çıkarılabilir ve trityum lityumdan üretilebilir. Nükleer füzyon önemli faydalar vaat etse de, kontrollü nükleer füzyon reaksiyonlarına ulaşmanın son derece zorlu olduğu kanıtlandı.

Uygulanabilir Füzyon Enerjisine Doğru Umut Veren Bir Adım

Sonuçlar, uygulanabilir bir temiz enerji kaynağı olarak nükleer füzyonun geliştirilmesine yönelik önemli bir adımı temsil ediyor. Plazma kararsızlıklarını tahmin etmek ve önlemek, kontrollü nükleer füzyona ulaşmanın önündeki en büyük engellerden biri olmuştur.

Princeton'daki araştırmacılar tarafından geliştirilen yapay zeka kontrol sistemi, bu zorluğa umut verici bir çözüm ve plazma performansının daha da optimize edilmesi için bir temel sağlıyor. Devam eden ilerlemeyle nükleer füzyon, iklim değişikliğinin en kötü etkilerini hafifletirken aynı zamanda dünyanın ihtiyaçlarını karşılayacak bol miktarda temiz enerji kaynağı olarak ortaya çıkabilir.

Sürdürülebilir Nükleer Füzyonun Elde Edilmesindeki Zorluklar

Nükleer füzyon, temiz enerji kaynağı olarak büyük umut vaat ediyor, ancak potansiyelini ticari ölçekte hayata geçirmek önemli zorluklarla karşı karşıya. Bunlardan en önemlisi, uçucu plazmanın füzyon için gereken yüksek sıcaklıklarda kontrol edilmesidir.

Nükleer füzyon deneylerinde kullanılan plazmanın, hidrojen izotoplarının füzyonunu mümkün kılmak için 100 milyon santigrat derecenin üzerindeki aşırı yüksek sıcaklıklara ısıtılması gerekiyor. Bu sıcaklıklarda plazma kararsız hale gelir ve reaktöre zarar verebilecek bozulmalara yatkın hale gelir.

Ticari Uygulanabilirliğe Yükseltme

Ticari olarak uygun ölçekte enerji üretmek, plazmanın uzun süreler boyunca yeterince yüksek sıcaklıklarda ve yoğunlukta tutulmasını gerektirir. Füzyonu sürdürme rekoru şu anda beş saniyede bulunuyor ve bu rekor, Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim insanları tarafından 2022'de elde edildi. Ticari enerji santralleri için reaksiyonun dakikalarca sürdürülmesi gerekecek.

Kararsızlıkların kontrol altına alınmasına ek olarak, bu, süper iletken mıknatıslar, ısıya ve nötron bombardımanına dayanabilecek reaktör malzemeleri ve üretilen ısının üretilmesi ve kullanılması konularında ilerlemeler gerektirecektir. Son zamanlardaki ilerlemelere rağmen çoğu uzman, ticari açıdan uygun füzyon santrallerinin hâlâ 15-25 yıl uzakta olduğunu tahmin ediyor.

Ticari Uygulanabilirliğe Yükseltme

Ticari olarak uygun ölçekte enerji üretmek, plazmanın uzun süreler boyunca yeterince yüksek sıcaklıklarda ve yoğunlukta tutulmasını gerektirir. Füzyonu sürdürme rekoru şu anda beş saniyede bulunuyor ve bu rekor, Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim insanları tarafından 2022'de elde edildi. Ticari enerji santralleri için reaksiyonun dakikalarca sürdürülmesi gerekecek.

Kararsızlıkların kontrol altına alınmasına ek olarak, bu, süper iletken mıknatıslar, ısıya ve nötron bombardımanına dayanabilecek reaktör malzemeleri ve üretilen ısının üretilmesi ve kullanılması konularında ilerlemeler gerektirecektir. Son zamanlardaki ilerlemelere rağmen çoğu uzman, ticari açıdan uygun füzyon santrallerinin hâlâ 15-25 yıl uzakta olduğunu tahmin ediyor.

Princeton Engelleri Aşmak İçin Yapay Zekayı Nasıl Kullanıyor?

Princeton araştırmacıları nükleer füzyon reaksiyonları sırasında plazmadaki kararsızlıkları tahmin etmek ve azaltmak için yeni bir çözüm geliştirdiler. Kolemen'e göre ekip, yıkıcı olayları 300 milisaniyeye kadar önceden tahmin etmek için DIII-D Ulusal Füzyon Tesisi'ndeki geçmiş deneylerden elde edilen verilerle eğitilmiş bir yapay zeka modeli geliştirdi.

Yeterli uyarı ile AI kontrol cihazı, reaksiyon aniden sona ermeden önce plazmayı stabilize etmek için ayarlamalar yapabilir. Plazmayı kontrol etmek, uygulanabilir nükleer füzyon enerjisine ulaşmanın önündeki en büyük engellerden biridir.

Yapay Zekanın Geniş Uygulamaları Vakfı

Deneylerin başarısı, çeşitli plazma kararsızlıklarını gidermek için yapay zekanın kullanılmasına yönelik bir temel oluşturuyor ve füzyon enerjisini gerçeğe yaklaştırıyor. Kolemen şunu belirtiyor: "Yapay zeka, fizik tabanlı modellerden gelen bilgileri birleştirmek yerine geçmiş deneylerden öğrenerek, gerçek bir reaktörde gerçek zamanlı olarak istikrarlı, yüksek güçlü bir plazma rejimini destekleyen nihai bir kontrol politikası geliştirebilir."

Bulgular, yapay zeka ve makine öğreniminin plazma fiziğindeki diğer karmaşık zorlukları çözmeye ve bu alandaki ilerlemeyi hızlandırmaya yardımcı olabileceğine dair umut veriyor. Yeni yapay zeka sistemiyle Princeton araştırmacıları, uygulanabilir nükleer füzyon enerjisine giden yolda önemli bir engelin üstesinden geldi.

Makine Öğrenimiyle Plazma Hapsetmeyi Optimize Etme

Yapay zeka sistemi, plazma kararsızlıklarını öngörme ve aşma yeteneği sayesinde füzyon reaktörlerinin kesintisiz olarak sürekli çalışmasını sağlayabilir. Baş araştırmacı Egemen Kolemen'e göre, "İstikrarsızlıkları önceden tahmin edebilmek, bu reaksiyonları yürütmeyi, daha pasif olan mevcut yaklaşımlara göre daha kolay hale getirebilir."

Ticari ölçekte enerji üretmek için sürekli, optimize edilmiş füzyon reaksiyonları gereklidir. Füzyon enerjisinde ilerlemeyi uzun süredir engelleyen kararsızlıkların üstesinden gelen bu yapay zeka sistemi, plazma fiziğindeki diğer zorlukları çözmek ve füzyonu uygulanabilirliğe yaklaştırmak için makine öğreniminin kullanılmasına yönelik bir temel sağlıyor.

Uygulanabilir Füzyon Enerjisine Doğru Bir Adım

Bulgular, nükleer füzyonun uygulanabilir bir enerji kaynağı olarak geliştirilmesine yönelik ilerlemeyi temsil ediyor. Kolemen'e göre, "Bu en büyük engellerden, aksaklıklardan biri ve herhangi bir reaktörün yıllarca 7/24 sorunsuz çalışmasını istiyorsunuz.

Ve bu tür aksamalar ve istikrarsızlıklar çok sorunlu olabilir, bu nedenle bunun gibi çözümler geliştirmek, bu makineleri herhangi bir sorun olmadan çalıştırabileceğimize olan güvenlerini artırıyor. "Plazma kararsızlıkları sorununu çözmek, ticari enerji üretimi için bir zorunluluk olan nükleer füzyon reaktörlerinin sürekli çalışmasına yardımcı olabilir.

İlk Sonuçlar Yapay Zeka Modellerinin İnsanlardan Daha İyi Performans Gösterdiğini Gösteriyor

Princeton Üniversitesi araştırmacıları, yapay zeka (AI) modellerinin nükleer füzyon reaksiyonlarını kontrol etmede insanlardan daha iyi performans gösterebileceğini gösterdi. Nature'da yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada araştırmacılar, bir tokamak nükleer füzyon reaktöründeki plazma kararsızlıklarını 300 milisaniyeye kadar önceden tahmin edebilen ve azaltabilen bir yapay zeka sistemini nasıl geliştirdiklerini ayrıntılı olarak açıkladılar.

Araştırmacılar, San Diego, Kaliforniya'daki DIII-D Ulusal Füzyon Tesisinde deneyler gerçekleştirdiler. Yapay zeka sistemi, tokamaktaki plazmayı yaklaşan dengesizlik belirtileri açısından izledi ve kesintiler meydana gelmeden önce plazmayı stabilize etmek için ayarlamalar yaptı.

Ölçeklenebilir Füzyon Reaktörüne Giden Yol

Bir yapay zeka modelinin füzyon reaktörlerindeki plazma kararsızlıklarını tahmin etme ve azaltma yeteneğinin başarılı bir şekilde gösterilmesi, kararlı, uzun süreli füzyon reaksiyonlarının elde edilmesine yönelik önemli ilerlemeyi temsil eder. Princeton Üniversitesi ve Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı'ndan araştırmacılara göre, yapay zeka kontrolörleri potansiyel plazma bozulmalarını 300 milisaniyeye kadar önceden tahmin edebildi.

Araştırmacıların bulguları, füzyon enerjisinin gelişimini uzun süredir engelleyen çok çeşitli plazma kararsızlıklarını gidermek için yapay zekadan yararlanmaya yönelik bir temel sağlıyor. Nature'da yayınlanan çalışmanın yazarlarından Princeton'lu fizikçi Egemen Kolemen'e göre, "Bu, en büyük engellerden, aksaklıklardan biridir ve herhangi bir reaktörün yıllarca 7/24 sorunsuz çalışmasını istersiniz.

Kaynak: That's viralnow

Bilim insanları ilk kez nükleer füzyonu dengelemek için yapay zekayı kullanıyor

Princeton Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, nükleer füzyon reaksiyonundaki plazma kararsızlıklarını tahmin edebilen ve devam eden reaksiyona uyacak şekilde plazma koşullarını ayarlayabilen bir yapay zeka kontrolörü geliştirdiler.

Bu yenilik, nükleer füzyonu her zamankinden daha uygulanabilir ve ölçeklenebilir hale getirebilir.

Şu anda tüm insan yapımı nükleer enerji santralleri, atomların parçalanmasını ve uzun ömürlü radyoaktif atıkların üretilmesini içeren bir süreç olan nükleer fisyon yoluyla enerji üretiyor.

Diğer taraftaki Güneş ve yıldızlar, doğal olarak, iki çekirdeğin birleşerek birleştiği başka bir atomik reaksiyon türü olan nükleer füzyondan güç alıyor.

Nükleer fisyonla karşılaştırıldığında füzyon reaksiyonu daha fazla enerji, çok daha az (ve kısa ömürlü) radyoaktif atık üretir ve uranyum gerektirmez.

Pek çok bilim insanı nükleer füzyonun aynı zamanda dünyadaki en temiz ve en yeşil enerji kaynağı olabileceğine inanıyor. Princeton Üniversitesi araştırmacıları yeni çalışmalarında, yeni yapay zeka denetleyicisinin insanların bu hedefe ulaşmasına nasıl yardımcı olabileceğini ortaya koyuyor.

Kararlı nükleer füzyonun zorluğu

Aralık 2022'de bilim insanları ilk kez nükleer füzyon reaksiyonundan net enerji üretimini başarıyla gerçekleştirdi. Ancak bu reaksiyon sırasında çok az miktarda enerji (bir çaydanlığı kaynatmaya yetecek kadar) üretildi.

Bunun nedeni, bilim adamlarının nükleer füzyonu başarılı bir şekilde başarmasına rağmen reaksiyonu nasıl uzun süre sürdürebileceklerini bilmemeleriydi.

Kararlı bir füzyon reaksiyonu elde etmek için, maddenin son derece sıcak gazlar ve serbest elektronlardan (milyonlarca santigrat dereceye ulaşan sıcaklıklarda) oluşan bir hali olan plazmanın da sürdürülmesi gerekir.

Bu iyonize yüksek enerjili plazma durumu, iki çekirdeğin bir çekirdek halinde kaynaşmasını kolaylaştırmak için gereklidir.

Ancak bu kadar yüksek sıcaklıklarda her şey ters gidebilir. Plazmadaki küçük bir değişiklik bile reaksiyonun dengesini bozabilir.

Araştırmacılara göre bilim insanları daha önce plazma koşullarını korumak için önceden programlanmış kontrolörleri denemişti ancak bu araçlar başarısız oldu.

Şimdiye kadar plazmayı gerçek zamanlı olarak takip etmenin ve sabit tutmanın bir yolu yoktu.

Yapay zeka denetleyicisi plazma sorununu çözüyor

Sorunu çözmek ve plazma dengesizliklerini önlemek için araştırmacılar, San Diago'daki ulusal bir füzyon tesisi olan DIII-D'de faaliyet gösteren çok sayıda ileri düzey teşhis aracından gelen verileri kullanan bir yapay zeka kontrol cihazı oluşturdular.

“DIII-D, yüksek çözünürlüklü, gerçek zamanlı plazma teşhis sistemleriyle donatılmıştır. Araştırmacılar, bu teşhis araçlarının elektron yoğunluğunun, elektron sıcaklığının, iyon sıcaklığının, iyon rotasyonunun, basıncın, akım yoğunluğunun ve güvenlik faktörünün gerçek zamanlı profilinin çıkarılmasına olanak tanıdığını belirtiyor.

Yapay zeka bu gerçek zamanlı verileri işliyor ve araştırmacıların plazmanın farklı koşullar altında nasıl davranacağını tahmin etmesine olanak tanıyor. Yapay zekanın yardımıyla herhangi bir istikrarsızlığı meydana gelmeden 300 milisaniye önce tahmin edebiliyorlar.

Bu arada, gerçek zamanlı bilgilere ve bunların önerilen sonuçlarına dayanarak, plazmanın koşullarını değiştirerek plazmayı kontrol etmek ve stabilize etmek için kullanılabilecek çeşitli yöntemleri test edebilirler.

300 ms normal bir insan için çok kısa bir süre gibi görünse de, çalışmanın yazarları bu sürenin reaksiyonun stabilitesini sağlamak için herhangi bir değişiklik yapmak için yeterli olacağını iddia ediyor. İddialarını desteklemek için yapay zeka denetleyicisini bile test ettiler.

Araştırmacılar, "Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en büyük manyetik füzyon tesisi olan DIII-D6'da yıkıcı yırtılma dengesizlikleri olasılığını azaltmak için yapay zeka kontrolünü gösteriyoruz" dedi.

"Kontrolör, düşük güvenlik faktörü ve düşük tork gibi nispeten olumsuz koşullar altında bile yırtılma olasılığını belirli bir eşiğin altında tuttu. Özellikle, plazmanın zamanla değişen operasyonel alan içerisinde istikrarlı yolu aktif olarak izlemesine olanak sağladı" diye eklediler.

Kaynak: Interesting Engineering