Auf dem Weg zur Kernfusion, der Reaktion im Sonnenkern, die Atome zu Energie verbindet, gibt es viele Stolpersteine: Es muss mehr Energie erzeugt werden, als für den Betrieb der Reaktoren benötigt wird, es müssen reaktorsichere Baumaterialien entwickelt werden, der Reaktor muss frei von Verunreinigungen gehalten werden und der Brennstoff muss im Reaktor zurückgehalten werden, um nur einige zu nennen.
Forscher des Princeton Plasma Physics Laboratory an der Princeton University haben ein KI-Modell entwickelt, das dieses letzte Problem lösen könnte. Dieses Modell sagt voraus, wann das Plasma instabil wird und aus den starken Magnetfeldern entweichen wird. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachmagazin Nature.
Donut-förmige Tokamak-Reaktoren beruhen auf Magneten, die Plasmateilchen eng zusammenpressen und sie ständig um einen Ring kreisen lassen, wodurch eine dauerhafte Fusionsreaktion entsteht. Sie gehören zu den Spitzenreitern unter den Entwürfen für einen praktischen Fusionsreaktor. Aber wenn es eine kleine Störung der Magnetfeldlinien gibt, die durch das Plasma verlaufen, gerät das empfindliche Gleichgewicht, das alles zusammenhält, aus den Fugen: Das Plasma entweicht aus den Fängen der Magneten und die Reaktion endet.
Nur einer der derzeit größten Tokamak-Reaktoren, ITER in Frankreich, ist für einige wenige dieser Plasmastörungen ausgelegt. Also ist das Ziel, Instabilitäten zu erkennen, solange sie noch klein sind, und einzugreifen. Das Modell des Princeton-Labors kann so genannte Tearing-Mode-Instabilitäten 300 Millisekunden vorhersagen, bevor sie auftreten. Das ist genug Zeit, um das Plasma unter Kontrolle zu bringen, wie die Studie zeigt.
Die Forscher testeten den Algorithmus an einem echten Reaktor, der DIII-D National Fusion Facility in San Diego. Sie stellten fest, dass ihr KI-gestütztes System die in den Reaktor gepumpte Leistung und die Form des Plasmas steuern kann, um die wirbelnden Partikel in Schach zu halten.
Frühere Studien waren nur in der Lage, Rissinstabilitäten zu unterdrücken, nachdem sie aufgetreten waren. Der neu vorgestellte Ansatz ermöglicht, Instabilitäten vorherzusagen und zu vermeiden, bevor sie überhaupt auftreten.
Reißinstabilitäten sind jedoch nur eine der Möglichkeiten, wie die Kernfusion unterbrochen werden kann. Dennoch sind sie eine der größten Herausforderungen auf dem Weg zu grenzenlos sauberer Fusionsenergie.
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Bild: IAEA Imagebank, Wikimedia
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