AI ทำนายความสำเร็จฟิวชันนิวเคลียร์ได้ผลจริง

AI ทำนายความสำเร็จฟิวชันนิวเคลียร์ได้ผลจริง

AI กำลังเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมากให้กับโรงงานนิวเคลียร์ฟิวชันที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของโลก แต่อาจจะไม่ใช่อย่างที่คุณคิด

ในการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Science นักวิทยาศาสตร์ที่ Lawrence Livermore National Laboratory รายงานว่าแบบจำลองการเรียนรู้เชิงลึกที่พัฒนาขึ้นใหม่ของพวกเขาสามารถคาดการณ์ผลลัพธ์ของการทดลองฟิวชันในปี 2022 ที่ National Ignition Facility (NIF) ได้อย่างแม่นยำ โดยแบบจำลองนี้ให้ความน่าจะเป็น 74% สำหรับการจุดระเบิดในการทดลองนั้น เหนือกว่าวิธีการซุปเปอร์คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมโดยครอบคลุมพารามิเตอร์มากขึ้นด้วยความแม่นยำที่สูงขึ้น

Kelli Humbird ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวในการสนทนาทางวิดีโอกับ Gizmodo ว่า “สิ่งที่เรารู้สึกตื่นเต้นกับแบบจำลองนี้คือความสามารถในการเลือกอย่างชัดเจนสำหรับการทดลองในอนาคตที่เพิ่มโอกาสในการประสบความสำเร็จในแต่ละครั้ง” แม้แต่โรงงานขนาดใหญ่และเป็นที่ยอมรับอย่าง NIF ก็สามารถ “ทำการพยายามจุดระเบิดเหล่านี้ได้เพียงไม่กี่สิบครั้งต่อปี ซึ่งไม่มากนักเมื่อเทียบกับขอบเขตที่เราต้องครอบคลุม” Humbird ซึ่งเป็นหัวหน้า Cognitive Simulation Group ที่ NIF’s Inertial Confinement Fusion Program กล่าวเสริม

ปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดำเนินการโดยใช้การแบ่งแยกนิวเคลียส ซึ่งจับพลังงานที่เกิดจากการแยกอะตอมหนัก เช่น ยูเรเนียม นักวิจัยต้องการเปลี่ยนไปใช้ฟิวชันนิวเคลียร์ในที่สุด ซึ่งเป็นกระบวนการที่รวมอะตอมไฮโดรเจนที่มีน้ำหนักเบาเพื่อปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล ฟิวชันผลิตพลังงานได้มากกว่าและไม่สร้างผลพลอยได้ที่เป็นอันตรายและกัมมันตภาพรังสี ดังนั้นการมีฟิวชันเป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้จะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงของสังคมไปสู่พลังงานที่ยั่งยืน แม้ว่าสาขานี้จะมีความก้าวหน้าที่ น่าหวัง แต่ฉันทามติก็คือเรายังห่างไกลจากการนำฟิวชันนิวเคลียร์ไปใช้ในเชิงพาณิชย์

การทดลองฟิวชันของ NIF นั้นขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ ขั้นแรก เลเซอร์จะให้ความร้อนแก่กระบอกทองคำที่เรียกว่า hohlraum ซึ่งจะปล่อยกระแสเอกซ์เรย์อันทรงพลังออกมา อุณหภูมิที่สูงมากจะบีบอัดเม็ดเชื้อเพลิงที่มีดิวเทอเรียมและทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนสองชนิดที่ใช้ในการทดลองฟิวชัน ในสถานการณ์ที่เหมาะสม สิ่งนี้จะกระตุ้นปฏิกิริยาฟิวชันดิวเทอเรียม-ทริเทียมมากพอที่จะผลิตพลังงานได้มากกว่าที่เลเซอร์ใช้

Humbird กล่าวว่าการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ไม่สามารถคาดการณ์ฟิสิกส์ทั้งหมดในกระบวนการนี้ได้อย่างน่าเชื่อถือ นั่นเป็นเพราะโค้ดมักจะถูกทำให้ง่ายขึ้นเพื่อให้ “สามารถคำนวณได้” แต่การจำลองเองก็อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้เช่นกัน เธอกล่าวเสริมว่าแม้ว่าคุณจะใช้ความระมัดระวังทุกวิถีทางแล้ว คอมพิวเตอร์ก็ยังต้องใช้เวลาหลายวันในการประมวลผลโค้ดให้เสร็จ

การบรรลุฟิวชันนิวเคลียร์ก็เหมือนกับการปีนภูเขาสูงที่ไม่มีใครรู้จัก Humbird กล่าว การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ก็เหมือนกับแผนที่ “ที่ไม่สมบูรณ์” ซึ่งควรจะสอนนักวิจัยถึงวิธีขึ้นสู่ยอดเขา แต่แผนที่นี้อาจเต็มไปด้วยข้อผิดพลาดที่อาจเป็นผลมาจากการออกแบบการวิจัยของพวกเขา ในขณะเดียวกัน เวลาเดินไป และนักวิจัยต้องตัดสินใจอย่างรวดเร็วว่าจะเดินป่าในวันนั้นหรือไม่ และจะใช้เครื่องมืออะไร และแน่นอนว่า “การเดินป่า” หรือความพยายามในการจุดระเบิดแต่ละครั้งจะทำให้งบประมาณหมดไปอย่างมาก

ดังนั้น ทีมของ Humbird จึงเริ่มภารกิจสร้างแผนที่ โดยรวบรวม “ข้อมูล NIF ที่รวบรวมไว้ก่อนหน้านี้ การจำลองฟิสิกส์ที่มีความเที่ยงตรงสูง และความรู้ของผู้เชี่ยวชาญเฉพาะเรื่อง” เพื่อสร้างชุดข้อมูลที่ครอบคลุม จากนั้น พวกเขาอัปโหลดข้อมูลไปยังซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย ซึ่งทำการวิเคราะห์ทางสถิติเป็นเวลานานกว่า 30 ล้าน CPU hours

Humbird อธิบายว่า “สิ่งที่เราคิดได้โดยพื้นฐานคือการกระจายตัวของสิ่งที่ผิดพลาดที่ NIF” “วิธีการต่างๆ ที่เราได้สังเกตการระเบิด บางครั้งเลเซอร์ก็ไม่ได้ยิงตามที่คุณขอ บางครั้งเป้าหมายของคุณก็มีข้อบกพร่องที่อาจทำให้สิ่งต่างๆ ไม่เป็นไปด้วยดี”

แบบจำลองนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถกำหนดประสิทธิภาพของการออกแบบการทดลองของตนเองได้ล่วงหน้า ช่วยประหยัดเวลาและเงินได้อย่างมาก Humbird ใช้แบบจำลองเพื่อประเมินการออกแบบของพวกเขาเองจากการทดลองในปี 2022 ซึ่งอธิบายผลลัพธ์ของการรันเฉพาะนั้นล่วงหน้าได้อย่างแม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Humbird ยินดีที่เห็นว่าการปรับแต่งฟิสิกส์ของแบบจำลองในภายหลังช่วยเพิ่มความแม่นยำในการทำนายจาก 50% เป็น 70%

สำหรับ Humbird จุดแข็งของแบบจำลองใหม่คือการยอมรับและจำลองแบบความไม่สมบูรณ์ของโลกแห่งความเป็นจริง ไม่ว่าจะเป็นข้อบกพร่องในเครื่องมือ การออกแบบการวิจัย หรือแค่กลอุบายโง่ ๆ ของธรรมชาติ ในขณะเดียวกัน มันก็เป็นการเตือนใจว่าในขณะที่ความก้าวหน้าที่รวดเร็วนั้นน่าตื่นเต้น สิ่งต่างๆ มักต้องใช้เวลามากและอาจส่งผลให้เกิดความล้มเหลวโดยสิ้นเชิง

Humbird กล่าวว่า “ผู้คนทำงานเกี่ยวกับฟิวชันมานานหลายทศวรรษ… เราไม่ควรเสียใจกับช่วงเวลาที่สิ่งต่างๆ ไม่เป็นผลสำเร็จ” “ข้อเท็จจริงที่ว่าบางครั้งเราได้ผลผลิต 1 เมกะจูลแทนที่จะเป็น 2 ไม่ควรรบกวนเรา เพราะไม่นานมานี้เราได้รับเพียง 10 กิโลจูลเท่านั้น มันเป็นก้าวสำคัญสำหรับงานวิจัย และหวังว่าจะเป็นก้าวสำคัญสำหรับพลังงานสะอาดในอนาคต”

อนาคตของพลังงานสะอาด: AI ทำนายความสำเร็จฟิวชันนิวเคลียร์

การที่ AI สามารถทำนายความสำเร็จฟิวชันนิวเคลียร์ได้ผลจริง นั้นเป็นสัญญาณที่ดีสำหรับอนาคตของพลังงานสะอาด แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีสามารถช่วยให้เราก้าวข้ามขีดจำกัดและบรรลุเป้าหมายด้านพลังงานที่ยั่งยืนได้ ถึงแม้ว่าฟิวชันนิวเคลียร์เชิงพาณิชย์อาจจะยังอีกยาวไกล แต่ความก้าวหน้าเหล่านี้ก็ทำให้เราเข้าใกล้มากขึ้นทุกที สิ่งสำคัญคือต้องสนับสนุนการวิจัยและพัฒนาในด้านนี้ต่อไป เพื่อให้เราสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานฟิวชันได้อย่างเต็มที่และสร้างอนาคตที่สะอาดและยั่งยืนสำหรับทุกคน นอกจากนี้ การที่ AI ทำนายความสำเร็จฟิวชันนิวเคลียร์ได้ผลจริง ยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ AI ในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนอื่น ๆ ในด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบและนวัตกรรมใหม่ ๆ อีกมากมาย การทำนายความสำเร็จฟิวชันนิวเคลียร์ได้ผลจริงด้วยAI จึงเป็นความหวังใหม่ของมนุษยชาติและโลก

ที่มา – Scientists Taught AI to Predict Nuclear Fusion Success—and It’s Actually WorkingResearchers at the National Ignition Facility achieved nuclear fusion ignition with the help of an AI program that essentially told them they were on the right track.