普林斯顿AI助力核聚变新突破

普林斯顿AI助力核聚变新突破

普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的研究团队最近在核聚变领域取得了重大突破。他们开发了一种基于机器学习的3D磁场优化系统，成功抑制了托卡马克装置中的边缘爆发（ELM），并显著提高了聚变性能。这一突破不仅展示了AI技术在核聚变研究中的巨大潜力，也为实现清洁、安全和几乎无限的能源供应带来了新的希望。

托卡马克装置是目前最有可能实现可控核聚变的设备，其工作原理是通过强大的磁场将高温等离子体约束在环形空间内，以实现聚变反应。然而，等离子体在高温下极易发生撕裂和边缘爆发，导致聚变反应中断。如何稳定控制等离子体一直是核聚变研究中的重大难题。

PPPL的研究人员开发了一套AI模型，实现了可控核聚变装置托卡马克中等离子体的实时预测，提前300毫秒就预测了核聚变中的等离子不稳定态，并避免了等离子体撕裂的问题。如果没有这种干预，聚变反应很可能就会突然中断。拥有这项技术后，科学家可以防止可控核聚变的中断，产生足够能量所需的高功率聚变反应，也就更有可能了。

在最新的研究中，PPPL的研究人员进一步利用机器学习技术，开发了一种全自动3D磁场优化系统。该系统能够实时监测等离子体状态，并通过调整外部3D场线圈的电流分布，抑制边缘爆发，同时保持等离子体的高约束状态。

这一突破性进展首次在两个不同的托卡马克装置——DIII-D和KSTAR上实现了无边缘爆发操作，同时将聚变性能提高了高达90%。研究团队表示，这种基于机器学习的优化方法具有高度的适应性和可扩展性，未来可以直接应用于ITER等大型聚变实验装置。

除了AI技术的突破，近期全球核聚变研究领域还有其他重要进展。例如，英国的欧洲联合环（JET）创造了新的核聚变能量输出纪录：使用0.2毫克氘氚燃料，在5秒内产生了69兆焦能量。在中国，位于合肥科学岛上的东方超环“人造太阳”也正在向更长时间的高约束模式运行发起挑战。

此外，核聚变产业公司数量快速增加，融资总额持续增长，全球聚变公司2023年累计融资超过62亿美元。国内市场方面，星环聚能和能量奇点在近两年来均已获得两轮融资，且融资金额颇高。

尽管取得了令人鼓舞的进展，但聚变能源距离商业化还有很长的路要走。要实现“可控”和“商业化”，还需攻克技术、材料、工程等多重难题。然而，AI技术的引入为解决这些难题提供了新的可能性。随着研究的深入和技术的不断进步，人类距离实现清洁、安全和几乎无限的能源供应的目标正越来越近。