새로운 인공지능 혁신으로 핵융합에 한 걸음 더 가까워지다

재생 가능 에너지 혁명이 점점 가까워지고 있습니다. 핵융합이 약속하는 녹색 에너지 혁명은 이제 핵융합로 내부에서 과열된 수소 플라스마를 형성하는 최첨단 인공 지능 시스템을 최초로 성공적으로 사용함으로써 한 걸음 더 가까워졌습니다. 성공적인 시험은 인공지능의 사용이 핵융합으로 생성된 전기에 대한 장기적인 연구에서 획기적인 발전이 될 수 있음을 나타냅니다. 즉, 현대 전력망에서 화석 연료와 핵분열을 대체하기 위한 도입이 훨씬 더 가까워졌습니다. 스위스 로잔 연방 기술연구소의 물리학자이자 프로젝트 리더 중 한 명인 페데리코 펠리치는 "인공지능이 미래의 토카막 제어와 일반적인 융합 과학에서 매우 큰 역할을 할 것이라고 생각한다"라고 말했습니다. 또한 "인공지능을 활용해 더 나은 제어 기능을 확보하고 이러한 장치를 보다 효과적인 방식으로 작동하는 방법을 알아낼 수 있는 엄청난 잠재력이 있다"라고 밝혔습니다.

 

펠리치는 과학 학술지에 게재된 프로젝트를 설명하는 새로운 연구의 주요 저자입니다. 그는 "로잔에 있는 가변 구성 토카막에서의 향후 실험에서는 인공지능을 핵융합로 제어에 통합하는 추가 방법을 모색할 것"이라고 말하며, "우리가 한 일은 일종의 원칙 증명이었으며, 우리는 이 첫 번째 단계에 매우 만족한다"라고 말했습니다. 로잔 연방 공과대학교 스위스 플라스마 센터의 펠리치와 그의 동료들은 구글 소유주 알파벳의 자회사인 영국 회사 딥마인드의 과학자 및 엔지니어들과 협력하여 가변 구성 토카막에서 인공 지능 시스템을 테스트했습니다. 도넛 모양의 핵융합로는 핵융합 제어에 가장 유망해 보이는 유형입니다. 토카막 설계는 프랑스에서 건설 중인 대규모 국제 열핵융합 실험로 프로젝트에 사용되고 있으며, 일부 지지자들은 이르면 2030년에 토카막이 상업적으로 가동될 것이라고 생각합니다.

 

인공지능

"토카막은 원칙적으로 핵융합실 내부의 수소 플라스마를 형성하고 위치시키는 데 사용할 수 있는 19개의 자기 코일에 의해 제어되며, 이를 통해 전류를 흐르게 한다"라고 펠리치는 설명했습니다. 코일은 일반적으로 테스트 중인 특정 조건에 따라 복잡한 제어 엔지니어링 계산에 따라 프로그래밍이 된 독립적인 컴퓨터 컨트롤러 세트(실험에 사용되는 플라스마의 각 측면에 대해 하나씩)에 의해 제어됩니다. 그러나 "그는 새로운 인공지능 시스템은 단일 컨트롤러로 플라스마를 조작할 수 있다"라고 말했습니다. 딥마인드가 개발한 '심층 강화 학습' 시스템인 인공지능은 실제보다 저렴하고 훨씬 안전한 대안인 토카막 시뮬레이션을 통해 처음 훈련되었습니다.

 

그러나 컴퓨터 시뮬레이션은 느리며. 단 몇 초의 실시간 토카막 작업을 시뮬레이션하는 데 몇 시간이 걸립니다. 또한 가변 구성 토카막의 실험 조건은 날마다 바뀔 수 있으므로 인공지능 개발자는 시뮬레이션에서 이러한 변경 사항을 고려해야 했습니다. 그러나 시뮬레이션된 훈련 과정이 완료되었을 때 인공지능은 실제 토카막과 결합되었습니다. 가변 구성 토카막은 일반적으로 화씨 2억 1600만도(섭씨 1억2000만도)가 넘는 과열 수소 플라스마를 최대 3초 동안 유지할 수 있습니다. 그 후 냉각하고 재설정하는 데 15분이 필요하며, 일반적으로 이러한 '샷'은 매일 30~35회 수행된다고 합니다. 며칠 동안 인공지능 제어 하에 가변 구성 토카막을 사용하여 총 약 100개의 샷이 수행되었습니다. 그는 "우리는 얻을 수 있는 다양한 플라스마 형태의 다양성을 원했고 다양한 조건에서 시험해 보고 싶었다"라고 말했습니다. 그는 "가변 구성 토카막은 높은 수준의 핵융합을 생성하는 중성자 무거운 수소 플라스마를 사용하지 않았지만, 인공지능 실험을 통해 토카막 내부에서 플라스마를 형성하는 새로운 방법이 생겨 전체 핵융합 과정을 훨씬 더 효과적으로 제어할 수 있게 되었다"라고 말했습니다.

 

성형 플라스마

펠리치는 "인공지능이 핵융합에 가장 효율적인 구성으로 생각되는 소위 눈송이 모양을 포함하여 가장 일반적인 구성으로 토카막 핵융합실 내부의 플라스마 위치를 지정하고 형성하는 데 능숙한 것으로 입증되었다"라고 말했습니다. 또한 그는 "표준 제어 엔지니어링 기술도 작동할 수 있었음에도 불구하고 이전에는 시도한 적이 없었던 챔버 내에서 플라스마의 상부 및 하부 링을 분리하는 '액적'으로 플라스마를 형성할 수 있었다"라고 말했습니다. 펠리치는 물방울 모양을 만드는 것은 "기계 학습을 통해 매우 쉽게 수행되었다"라고 말했습니다. 이어 "우리는 컨트롤러에게 플라스마를 그렇게 만들도록 요청하면 인공지능이 그 방법을 알아냈다"라고 언급했습니다.

 

연구원들은 "인공지능이 자기 코일을 사용하여 표준 제어 시스템에서 발생하는 것과 다른 방식으로 챔버 내부의 플라스마를 제어하고 있음을 확인했다"라고 말했습니다. 또한 "이제 우리는 훨씬 더 복잡한 문제에 동일한 개념을 적용하려고 노력할 수 있다"라고 말하며, "우리는 토카막의 작동 방식에 대한 훨씬 더 나은 모델을 얻고 있기 때문에 이러한 종류의 도구를 더 발전된 문제에 적용할 수 있다"라고 전했습니다. 가변 구성 토카막의 플라스마 실험은 약 2035년에 본격적인 핵융합을 달성할 것으로 예상되는 대규모 토카막인 국제 열핵융합 실험로 프로젝트를 지원할 것입니다. 지지자들은 국제 열핵융합 실험로가 탄소 배출 없이 낮은 수준으로 사용 가능한 전기를 생성하기 위해 핵융합을 사용하는 새로운 방법을 개척할 것으로 기대합니다. 가변 구성 토카막 실험은 또한 전력망에 전기를 공급하는 국제 열핵융합 실험로의 후속으로 간주되는 샘플 핵융합로에 대한 설계를 알려줄 것입니다. 이는 국제 열핵융합 실험로가 수행하도록 설계되지 않은 작업입니다. 여러 국가에서 샘플 원자로 설계를 진행하고 있습니다. 가장 발전된 유럽의 EUROfusion 원자로 중 하나는 2051년에 가동을 시작할 것으로 예상됩니다.ㅇㅇ