در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور، در ایالت کالیفرنیای آمریکا، یک مدل هوش مصنوعی تازه دریچه‌ای تازه به دنیای پرچالش همجوشی هسته‌ای گشوده است؛ ابزاری که می‌تواند مسیر آزمایش‌های پرهزینه و پیچیده‌ی انرژی پاک را با دقت و سرعتی بی‌سابقه آشکار سازد.

به‌گزارش آی‌اف‌ال‌ساینس، دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور اظهار کرده‌اند که مدل تازه‌ی هوش مصنوعی آن‌ها، توانسته است با دقتی دیدنی، نتیجه‌ی آزمایش همجوشی هسته‌ای انجام‌شده در سال ۲۰۲۲ را پیش‌بینی کند. این مدل گمان بیشتر از ۷۰ درصد برای وقوع احتراق در آن آزمایش تعلق داد که عددی فراتر از توان محاسباتی ابررایانه‌های حاضر است. این چنین، ابزاری دقیق‌تر برای پیش‌بینی نتایج در حوزه‌ای فراهم کرد که با افتداده روبه رو است.

انرژی هسته‌ای مورد منفعت گیری امروز بشر از شکافت هسته‌ای به‌دست می‌آید. در این فرآیند، نوترون‌ها به اتم‌های سنگین برخورد می‌کنند و آن‌ها را به شکافتن وامی‌دارند. این عکس العمل، اتم‌های کوچک‌تر و نوترون‌های تازه‌ای تشکیل می‌کند که با اتم‌های دیگر اصابت و عکس العمل شبیهی را اغاز می‌کنند. در نهایت، زنجیره‌ای از عکس العمل‌ها شکل می‌گیرد که مقدار عظیمی انرژی آزاد می‌کند. پایداری این عکس العمل دشوار است و به همین علت، زیاد تر با ایزوتوپ‌های خاصی از اورانیوم-۲۳۵ یا پلوتونیوم-۲۳۹ انجام می‌بشود.

انرژی آزادشده از شکافت در نیروگاه‌ها برای گرم‌کردن آب و تشکیل بخار به کار می‌رود. بخار حاصل، توربین‌ها را به حرکت درمی‌آورد و برق بدون کربن تشکیل می‌کند. بااین‌حال، شکافت معایب عمده‌ای دارد و با اهمیت ترین آن، تشکیل پسماندهای هسته‌ای خطرناک و بادوام است که از نظر زیست‌محیطی مشکل‌ساز می باشند.

تأسیسات احتراق ملی (NIF) در لیورمور که پرانرژی‌ترین سامانه لیزری جهان را در اختیار دارد، مرکزی کلیدی برای آزمایش‌های همجوشی است. در یکی از پروژه‌ها با نام «همجوشی محصورسازی لختی» گلوله‌های حاوی دوتریوم و تریتیوم، ایزوتوپ‌های هیدروژن، درون استوانه‌ای به نام هولورام قرار داده خواهد شد. لیزرها این استوانه را گرم می‌کنند و پرتوهای ایکس پرقدرتی آزاد می‌بشود که گلوله‌ها را به‌شدت فشرده می‌کند. در اوج فشردگی، حجم کپسول تا ده هزار برابر افت می‌یابد و دما و انرژی بسیار‌ای تشکیل می‌بشود.

اگر همه‌چیز در فرآیند مطابق برنامه پیش برود، همجوشی اغاز می‌بشود و انرژی حاصل از آن حتی از مقدار انرژی ورودی هم زیاد تر خواهد می بود.

همانند‌سازی‌های رایانه‌ای جاری، توان پیش‌بینی دقیق همه‌ی مرحله های فرآیند را ندارند. محدودیت‌های کدنویسی و خطاهای محاسباتی علتمی‌بشود خروجی این مدل‌ها زیاد تر همانند نقشه‌ای ناقص باشد. حتی اجرای کامل همانند‌سازی‌ها نیز چندین روز زمان می‌برد و باز هم تصویری دقیق از روال اراعه نمی‌دهد.

در عمل، پژوهشگران نمی‌دانند خطاهایی که پیش می‌آید از طراحی آزمایش ناشی می‌بشود یا ناشی از محدودیت مدل‌ها است. با‌این‌وجود، ناچارند بر پایه همین داده‌های ناقص تصمیم بگیرند که هزینه‌های سنگینی دارد، چون هر تلاش برای احتراق زیاد پرهزینه است.

تیم دانشمندان برای حل مشکل، رویکرد تازه‌ای طراحی کردند. آن‌ها داده‌های قبل را با همانند‌سازی‌های دقیق فیزیکی و دانش متخصصان ترکیب و این مجموعه را داخل یک ابررایانه کردند. ابررایانه بیشتر از ۳۰ میلیون ساعت پردازش را صرف اجرای تحلیل‌های آماری کرد. این روش به پژوهشگران امکان می‌دهد مسیرهای بالقوه‌ی اشتباه را شناسایی و طراحی آزمایش‌ها را پیشاپیش اصلاح کنند. نتیجه‌ی این رویکرد، صرفه‌جویی دیدنی در زمان و افت هزینه‌ها است.

مدل تازه روی آزمایشی که در سال ۲۰۲۲ اجرا شده می بود، محک خورد و بعد از اصلاحات جزئی در قسمت‌های فیزیکی، توانست نتیجه‌ی آزمایش آن سال را با دقتی بالاتر از ۷۰ درصد پیش‌بینی کند.

تلاش برای دستیابی به همجوشی هسته‌ای دهه‌ها است که ادامه دارد. اگرچه دستاورد تازه‌ی دانشمندان به معنی تحقق کامل همجوشی نیست، روشی نوین برای افت هزینه‌ها و افزایش منفعت‌وری آزمایش‌ها اراعه می‌دهد.

مطالعه در نشریه ساینس انتشار شده است.