Commonwealth Fusion Systems создаст цифрового двойника термоядерной установки SPARC, который должен рассчитывать поведение плазмы быстрее, чем учёные успеют подготовить следующий эксперимент. Разработчики хотят получать прогноз полного плазменного импульса менее чем за 20 минут и использовать результат для настройки следующего запуска. Пока это цель проекта: SPARC ещё строится, а заявленную скорость и точность расчётов предстоит проверить на работающей установке.
SPARC относится к установкам типа токамак. Внутри кольцевой камеры мощные магниты удерживают раскалённую плазму, в которой должны сливаться лёгкие атомные ядра и выделяться энергия. Перед каждым импульсом физикам приходится выбирать множество параметров, от нагрева до конфигурации магнитного поля, а затем рассчитывать, останется ли плазма устойчивой и как изменится во время эксперимента.
Подробные физические модели умеют описывать происходящее с высокой точностью, но требуют много вычислительных ресурсов. Новая система должна ускорить работу за счёт сочетания нескольких программ для моделирования плазмы и более быстрых моделей, обученных на результатах сложных расчётов. Последние не просчитывают всю физику заново, а учатся быстро воспроизводить итог для заданного набора условий.
В платформу войдут программы M3D-C1, TRANSP и XGC, которые рассчитывают разные процессы внутри плазмы. Разработчики также загрузят в систему результаты прежних термоядерных экспериментов и большие массивы компьютерных симуляций. Искусственный интеллект поможет искать подходящие режимы работы и быстрее оценивать, что произойдёт после изменения параметров установки.
Главное отличие проекта от обычной компьютерной симуляции появится после запуска SPARC. Цифровая модель будет получать результаты реальных импульсов, сравнивать прогноз с показаниями установки и учитывать расхождения в следующих расчётах. Разработчики рассчитывают, что между двумя экспериментами система успеет разобрать предыдущий запуск и предложить параметры для нового.
Прежде чем подключать платформу к SPARC, физики проверят методы на уже работающей термоядерной установке. Испытания должны показать, насколько точно ускоренные модели воспроизводят реальное поведение плазмы и можно ли доверять их прогнозам при выборе следующего режима. Именно поэтому расчёт менее чем за 20 минут пока нельзя считать достигнутым результатом.
Работа вошла во второй этап американской программы Genesis Mission. Проект объединяет четыре национальные лаборатории Минэнерго США и несколько технологических компаний, включая NVIDIA, Google DeepMind, Synopsys и General Atomics. Команда получит доступ к суперкомпьютерам и накопленным данным по термоядерным экспериментам.
Commonwealth Fusion Systems строит SPARC как шаг к будущей электростанции ARC. Компания рассчитывает, что установка сможет получить больше энергии от термоядерных реакций, чем потребуется для непосредственного нагрева плазмы. Подтвердить этот режим смогут только будущие эксперименты. Если цифровой двойник научится достаточно быстро и точно предсказывать поведение плазмы, физики смогут проверять больше вариантов между запусками и тратить меньше времени на поиск рабочих режимов методом проб и ошибок.
