AI賦能核聚變價(jià)值初顯新奧氫硼聚變的智能突圍結(jié)語(yǔ)
人工智能（AI）的浪潮正以前所未有的速度席卷全球，深刻地改變著各行各業(yè)。從醫(yī)療領(lǐng)域的精準(zhǔn)診斷到金融領(lǐng)域的智能分析，從智能交通的高效調(diào)度到工業(yè)制造的智能化升級(jí)，AI 憑借其強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和決策能力，驅(qū)動(dòng)著新一輪的科技革命。
在能源領(lǐng)域，核聚變作為人類追求的 “終極能源”，也因人工智能的融入而迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。
近日，由中國(guó)核學(xué)會(huì)指導(dǎo)、中國(guó)核學(xué)會(huì)核聚變與等離子體物理分會(huì)主辦、新奧集團(tuán)承辦的第四屆“受控核聚變與人工智能技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議”在河北廊坊召開(kāi)，核聚變與人工智能領(lǐng)域的專家學(xué)者，共同探討人工智能技術(shù)如何加速可控核聚變從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化。
本次會(huì)議不僅是對(duì)人工智能在核聚變領(lǐng)域應(yīng)用的一次全面梳理，更是對(duì)未來(lái)能源發(fā)展趨勢(shì)的一次深刻洞察。
可控核聚變，作為一種有望徹底解決人類能源問(wèn)題的顛覆性技術(shù)，近年來(lái)受到了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。然而，核聚變反應(yīng)過(guò)程的復(fù)雜性，給其研究和商業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。人工智能的出現(xiàn)，為解決這些難題提供了新的思路和方法。
人工智能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，可以從海量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的規(guī)律和特征，為核聚變研究提供新的視角和方法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理學(xué)院教授王曉鋼指出，聚變領(lǐng)域是人工智能應(yīng)用的理想場(chǎng)景之一，聚變研究積累了大量數(shù)據(jù)，為人工智能的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
多位與會(huì)專家樂(lè)觀認(rèn)為，在人工智能的支撐下，實(shí)現(xiàn)聚變能發(fā)電的時(shí)間可能會(huì)比原計(jì)劃的2050年更早，在2035年左右能夠看到商業(yè)應(yīng)用的曙光。4月16日，新奧的球形環(huán)氫硼聚變裝置“玄龍-50U”取得重大技術(shù)突破，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)氫硼聚變等離子體100萬(wàn)安培放電，成為聚變商業(yè)化進(jìn)程的重要里程碑。
核工業(yè)西南物理研究院聚變科學(xué)所黨委書(shū)記李永革表示，中國(guó)環(huán)流三號(hào)實(shí)現(xiàn)了雙億度等離子體放電，中科院等離子體所的 EAST實(shí)現(xiàn)了億度千秒等離子體運(yùn)行，新奧集團(tuán)的玄龍-50U裝置實(shí)現(xiàn)了國(guó)際首次氫硼等離子體百萬(wàn)安培放電，這些成果極大地鼓舞了相關(guān)的研究人員。
近一年，人工智能在聚變研究中頗有進(jìn)展。2024 年，美國(guó)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）開(kāi)發(fā)出一種 AI 模型，能夠提前 300 毫秒預(yù)測(cè)等離子體的不穩(wěn)定性；美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）成功構(gòu)建了一個(gè)用于發(fā)現(xiàn)核聚變?cè)O(shè)施新型合金的人工智能模型；今年，日本量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（QST）與日本電信電話株式會(huì)社（NTT）共同開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)利用 AI 預(yù)測(cè)等離子體約束磁場(chǎng)的技術(shù)……這些成果不斷在證明了 AI 在核聚變領(lǐng)域的巨大價(jià)值。
對(duì)于國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，新奧能源研究院聚變?nèi)斯ぶ悄芸茖W(xué)家趙寒月表示，大模型在聚變領(lǐng)域的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展方向，目前聚變領(lǐng)域的人工智能應(yīng)用主要以小模型解決點(diǎn)狀問(wèn)題為主，他認(rèn)為，未來(lái)人工智能將重塑聚變數(shù)據(jù)，并探索新的智能框架和范式，以實(shí)現(xiàn)人工智能在聚變領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。
王曉鋼教授則表達(dá)了兩大前沿技術(shù)在中國(guó)開(kāi)展交叉研究的自信：中國(guó)在核聚變領(lǐng)域的研究已處于世界領(lǐng)先地位，通過(guò)參與ITER計(jì)劃，中國(guó)在聚變?nèi)瞬?、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈方面都打下了深厚的基礎(chǔ)；尤其是中國(guó)擁有世界上最完整的聚變產(chǎn)業(yè)鏈，積累了60多年的數(shù)據(jù)，這正是中國(guó)開(kāi)展聚變與人工智能交叉學(xué)科的得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
新奧集團(tuán)作為中國(guó)最早開(kāi)展商用聚變能源開(kāi)發(fā)的民營(yíng)企業(yè)，2017年開(kāi)始投入可控聚變商業(yè)研發(fā)；2019年8月，新奧自主設(shè)計(jì)建造的我國(guó)首座中等規(guī)模球形托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置“玄龍-50”落地，并成功實(shí)現(xiàn)等離子體放電；在測(cè)試過(guò)所有的聚變路線后，2022年新奧最終選擇了無(wú)中子、燃料易得、低成本的球形環(huán)氫硼聚變技術(shù)路線，但難度極大，更需要人工智能能力的加持，新奧已將人工智能應(yīng)用在研究的每一個(gè)環(huán)節(jié)。趙寒月博士表示，他們并非僅僅將AI視為一個(gè)輔助工具，而是將其內(nèi)化為解決聚變核心問(wèn)題的關(guān)鍵邏輯。
智能控制便是最直接的例證。長(zhǎng)期以來(lái)，如何精確控制聚變反應(yīng)中復(fù)雜多變的等離子體，一直是困擾科學(xué)家的核心難題。傳統(tǒng)方法在應(yīng)對(duì)多維度、多變量的耦合控制時(shí)往往顯得捉襟見(jiàn)肘，但在 AI 面前，這一挑戰(zhàn)似乎找到了突破的曙光。
新奧團(tuán)隊(duì)依托自主開(kāi)發(fā)的智能控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子體電流、溫度、密度等關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控，使得裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了顯著提升。
在研究過(guò)程中，新奧還提出了 “聚變智能體” 的構(gòu)想，這并非一個(gè)簡(jiǎn)單的 AI 模型，而是一個(gè)基于大型模型和小型模型協(xié)同工作的智能系統(tǒng)，其目標(biāo)是理解并解決聚變領(lǐng)域中那些極其復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。從聚變裝置的平衡設(shè)計(jì)到最佳加熱方案的制定，這些任務(wù)往往需要跨越多個(gè)學(xué)科的專業(yè)知識(shí)和高度的系統(tǒng)集成，過(guò)去需要頂尖人才多年的經(jīng)驗(yàn)積累和團(tuán)隊(duì)之間的高效協(xié)作。而新奧希望借助 AI，特別是大型模型強(qiáng)大的知識(shí)整合能力和小型模型精準(zhǔn)的工具調(diào)用能力，構(gòu)建一個(gè)能夠自主學(xué)習(xí)、自主決策的 “聚變專家”，這無(wú)疑預(yù)示著未來(lái)聚變研究范式的深刻變革。
除了核心科學(xué)問(wèn)題的攻克，新奧還將 AI 的觸角延伸至現(xiàn)有聚變技術(shù)的各個(gè)子領(lǐng)域，去年新奧聚變?cè)谥行允{(diào)優(yōu)和破裂預(yù)測(cè)方面取得的進(jìn)展，以及今年在提升診斷數(shù)據(jù)處理效率上所做的持續(xù)努力，都清晰地展現(xiàn)了 AI 在顯著提升聚變研究效率方面的巨大潛力。
新奧能源研究院院長(zhǎng)劉敏勝表示，新奧在其“玄龍-50U”裝置上，利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子位形的控制，并開(kāi)發(fā)了裝置的數(shù)字孿生系統(tǒng)，大大提高了多物理場(chǎng)耦合仿真的速度。
為了更深入地探索人工智能在核聚變行業(yè)的融合應(yīng)用，新奧大力引進(jìn)人工智能與高溫超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人才團(tuán)隊(duì)；與北京大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校合作開(kāi)發(fā)針對(duì)特定需求的分析模型和模擬程序；邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外知名專家加入其研發(fā)團(tuán)隊(duì)，共同參與新奧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的協(xié)同研發(fā)工作。
新奧還在密切關(guān)注大型模型技術(shù)的前沿發(fā)展，積極探索其在核聚變行業(yè)落地的可行性，并不斷完善數(shù)據(jù)整理與模型訓(xùn)練工作，為人工智能在核聚變領(lǐng)域的深度應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
隨著人工智能技術(shù)的不斷深入融合與賦能，AI 將進(jìn)一步滲透核聚變研發(fā)的每一個(gè)環(huán)節(jié) —— 從等離子體行為的精細(xì)模擬、新型材料的高效篩選，到復(fù)雜工程項(xiàng)目的智能管理。
可以預(yù)見(jiàn)，隨著算力成本的持續(xù)下降和算法的快速迭代，AI 驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室或?qū)⒊蔀槌B(tài)，不斷壓縮技術(shù)突破的時(shí)間窗口。這一變革性的趨勢(shì)不僅為全球能源轉(zhuǎn)型注入了強(qiáng)勁的新動(dòng)能，也為 AI 算力需求的長(zhǎng)期可持續(xù)性發(fā)展鋪平了道路。
在 AI 的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，核聚變領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為難以逾越的 “50 年落地” 的魔咒，將有望被打破，人類駕馭終極能源的夢(mèng)想，正加速走向現(xiàn)實(shí)。
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