(c) Graphicstock

Poprvé demonstrovali řízení plazmatu při jaderné fúzi pomocí digitálního dvojčete

Metoda magnetického udržení, při níž je plazma o ultravysoké teplotě prostorově omezeno (izolováno od stěn reaktoru) magnetickým polem, je aktuálně považována za nejslibnější metodu pro dlouho očekávané fúzní reaktory.

Pro realizaci této metody výroby energie je nezbytné předvídat a řídit složité chování plazmatu při fúzi. Jednou z možností je využít k tomu maximálně přesnou datovou (softwarovou) reprezentaci fyzikálního systému, digitální dvojče. Simulace/modelování je v tomto případě ale věcí velmi obtížnou. Model musí zohledňovat nejen složité proudění plazmatu, ale také mnoho dalších faktorů, jako je ohřev, dodávka paliva, nečistoty a neutrální částice. Cílem je samozřejmě nejen samotná simulace, ale i schopnost předvídat, co se bude dít v alternativních scénářích, což umožní reakci řídit požadovaným směrem. A samozřejmě předpovědi/scénáře je pro rozhodování třeba získávat dostatečně rychle (s předstihem). Budoucí fúzní reaktory navíc budou mít omezené možnosti měření, což si vynucuje prediktivní řízení a odhad stavu plazmatu za podmínek velké nejistoty a nedostatku informací.
Vědci nyní vyvinuli nový řídicí systém, který dokáže optimalizovat prediktivní model pomocí pozorování v reálném čase a odhadnout optimální řízení na základě vylepšeného prediktivního modelu i za takto vysoce nejistých podmínek.
Použitá matematická metoda tzv. asimilace dat je technika, která využívá pozorované informace ke snížení rozdílů mezi numerickými simulacemi a skutečností. Asimilace dat se používá ke zlepšení předpovědní a analytické výkonnosti rozsáhlých simulačních modelů např. při předpovědi počasí. Výzkumná skupina nyní vyvinula ASTI (Assimilation System for Toroidal plasma Integrated simulation) jako systém asimilace dat speciálně pro chování/řízení plazmatu při fúzi.
Metoda ASTI byla již vyzkoušena v systému Large Helical Device (LHD), nejmodernějším experimentálním zařízení pro supravodivé plazma na světě, které je vybaveno mnoha možnostmi ovládání včetně vysoce výkonného zařízení pro ohřev elektronovou cyklotronovou rezonancí (ECH) a pokročilým měřicím zařízením včetně systému měření Thomsonova rozptylu v reálném čase.
Výzkumníci provedli experiment, při kterém pomocí ECH řídili teplotu elektronů skutečného plazmatu a zároveň optimalizovali predikční model na základě profilů elektronové hustoty a teploty pozorovaných v reálném čase. „Výsledkem bylo přiblížení teploty elektronů k cílové teplotě při současném zlepšení přesnosti predikce modelu a úspěšná demonstrace prvního prediktivního řízení fúzujícího plazmatu digitálním dvojčetem na základě asimilace dat,“ praví průvodní tisková zpráva.
Výzkum je dílem japonských institucí Kyoto University (vedoucí týmu Yuya Morishita a Sadayoshi Murakami), National Institute for Fusion Science (NIFS), National Institutes of Natural Sciences (NINS) Institute of Statistical Mathematics (ISM) a Joint Support-Center for Data Science Research (RIOS-DS). V budoucnu tým plánuje rozšířit řídicí systém a provádět demonstrační experimenty pro pokročilejší problémy řízení na LHD a dalších experimentálních zařízeních v Japonsku i jinde ve světě.

Yuya Morishita et al, First application of data assimilation-based control to fusion plasma, Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-023-49432-3
Zdroj: National Institutes of Natural Sciences / Phys.org, přeloženo/zkráceno

Biologická fixace dusíku je zřejmě velmi stará

Živé organismy fixují z neživé přírody nejen uhlík, ale jsou také závislé na přísunu dusíku. …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close