Чистая энергия ближе, чем думали: необычный метод предсказал исход ядерного синтеза с поразительной точностью

Учёные сделали шаг вперёд в исследовании ядерного синтеза, но не тем путём, который ожидали многие. Глубокое обучение оказалось эффективнее суперкомпьютеров, предсказывая исходы экспериментов с высокой точностью.

Прорыв в прогнозировании

Команда из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса опубликовала в журнале Science результаты работы новой модели. Она смогла заранее определить исход эксперимента по термоядерному синтезу, проведённого в 2022 году в Национальном центре зажигания (NIF). Вероятность успешного запуска система оценила в 74%, что значительно выше показателей традиционных методов.

"В этой модели нас воодушевляет возможность чётко делать выбор для будущих экспериментов, каждый раз увеличивая вероятность успеха", — заявил соавтор исследования, руководитель группы когнитивного моделирования программы NIF Келли Хамберд.

Как работает установка

В установке NIF мощные лазеры нагревают золотой цилиндр — хольраум. Он испускает рентгеновское излучение, которое сжимает капсулы с дейтерием и тритием. При идеальных условиях эти реакции должны выделять больше энергии, чем было затрачено на запуск лазеров.

Проблема в том, что компьютерные модели не всегда могут точно описать все физические процессы. Даже при максимально упрощённых вычислениях обработка кода на суперкомпьютерах занимает дни, а иногда даёт неточности.

"Карта" для исследователей

Хамберд сравнивает задачу синтеза с восхождением на неизведанную вершину: карта у исследователей есть, но она несовершенна. Каждая попытка — дорогостоящий "поход", и ошибок здесь быть не должно.

Чтобы приблизиться к успеху, команда собрала обширный набор данных: результаты прошлых экспериментов, точные физические симуляции и экспертные оценки. Затем эти данные прогнали через суперкомпьютеры — суммарно более 30 миллионов часов процессорного времени.

"По сути, мы пришли к распределению неполадок NIF", — объяснила Хамберд.

Иногда лазер работает не так, как планировалось, или цель имеет дефекты — именно такие сбои модель учитывает при прогнозировании.

Эффективность и новые возможности

Главное преимущество подхода — возможность заранее оценивать, насколько успешен будет эксперимент. В исследовании 2022 года система не только предсказала результат, но и позволила внести корректировки, которые повысили точность с 50 до 70%.

Для команды это стало подтверждением, что модель умеет учитывать "несовершенства реального мира" и работать с ними.

Взгляд в будущее

Несмотря на успехи, до промышленного внедрения термоядерной энергии путь ещё долгий. Сегодня энергетику обеспечивают станции на основе деления атомов, но в будущем именно синтез может стать безопасным и мощным источником чистой энергии.

"Люди работают над термоядерным синтезом уже десятки лет… Нам не стоит так расстраиваться из-за того, что иногда что-то не получается", — подчеркнула Хамберд.

И даже если результат не всегда идеален, прогресс в этой сфере очевиден: всего несколько лет назад удавалось получить лишь доли энергии, а сегодня речь идёт уже о мегаджоулях.