Інноваційний підхід на основі глибокого навчання, розроблений науковцями з Національного інституту науки й технологій Ульсан (UNIST), дозволив прискорити обчислення нелінійного оператора зіткнень Фоккера-Планка-Ландау для термоядерної плазми в тисячу разів порівняно з традиційними методами.

Дослідницька група під керівництвом професорів Джиміна Лі та Ейсунга Юна створила нейромережу, що демонструє вражаючі результати. Їхнє дослідження опубліковано в авторитетному журналі. Технологія відкриває нові горизонти для галузі термоядерного синтезу.

Точне моделювання термоядерної плазми

У реакторах ядерного синтезу, часто називаних “штучним сонцем”, підтримується високотемпературне плазмове середовище. Плазма складається з негативно заряджених електронів та позитивно заряджених іонів. Точне прогнозування зіткнень між цими частинками критично важливе для стабільності реакції.

Традиційно стан плазми моделюється за допомогою рівняння Фоккера-Планка-Ландау (FPL). Це рівняння передбачає “кулонівські зіткнення” між зарядженими частинками. Класичні методи розв’язання вимагали величезних обчислювальних ресурсів та часу.

Нова FPL-мережа використовує архітектуру кодера-декодера на основі згортки. Вона здатна розв’язувати складні рівняння за один крок. Завдяки цьому досягається прискорення в 1000 разів при збереженні високої точності обчислень.

Збереження фізичних величин та точність

Процес зіткнення, що описується рівнянням FPL, характеризується збереженням ключових фізичних величин. Це густина, імпульс та енергія. Дослідники інтегрували ці принципи збереження в навчання штучного інтелекту.

“Використовуючи глибоке навчання на графічних процесорах, ми скоротили час обчислень у 1000 разів порівняно з традиційними кодами на базі CPU,” – заявили науковці з UNIST. Цей підхід забезпечує не лише швидкість, але й виняткову точність.

Ефективність мережі була перевірена через моделювання теплової рівноваги. Експерименти показали важливість мінімізації помилок для досягнення точної теплової рівноваги. При накопиченні похибок під час тривалого моделювання рівновага порушується.

Перспективи та майбутні дослідження

Дослідницька група підкреслює широкі перспективи свого відкриття. Воно закладає фундамент для технологій цифрових двійників плазмових реакторів. Це відкриває можливість проводити повний турбулентний аналіз ядерних термоядерних реакторів.

Науковці зазначають, що створена технологія допоможе відтворювати реальні токамаки у віртуальному обчислювальному середовищі. Токамак – це спеціалізований пристрій для утримання плазми, ключовий елемент термоядерних реакторів.

Поточне дослідження зосереджено на електронній плазмі, проте вчені визнають необхідність подальшої роботи. Майбутні дослідження мають розширити застосування моделі до складніших плазмових середовищ із різними домішками.

Цей прорив у моделюванні плазми наближає людство до практичного використання енергії термоядерного синтезу. Тисячократне прискорення обчислень дозволить швидше оптимізувати конструкції реакторів та ефективніше контролювати плазму під час експериментів.