普林斯頓大學（Princeton University）研究人員於週三在《自然》期刊上發表研究成果，他們開發出全新 AI 模型，克服了如何將燃料強制在反應器之中的難題，進而掃除了邁向核融合之路的一大障礙。
核融合（Nuclear fusion）是太陽核心內的一種反應，它將原子結合起來產生能量。但在實現永續能源的核融合之路上充滿了許多阻礙，包括必須產生比驅動反應器（reactor）所需能量還要更多的能量、開發確保反應器耐受性的建築材料、確保反應器無雜質，並將燃料強制其中等等難題。
如今普林斯頓大學及其普林斯頓等離子物理實驗室（Princeton Plasma Physics Laboratory，PPPL ）研究人員已開發出新 AI 模型，可以解決上述最後一個難題。進一步而言，該模型能夠預測並計算出如何避免等離子變得不穩定，並防止等離子逃脫強磁場將其強制在甜甜圈狀反應堆內的控制。
外型像甜甜圈的環狀托馬克反應器（tokamak reactor）依賴磁鐵將等離子粒子擠壓在一起，並使它們繞著圓環不斷旋轉，進而產生持久的核融合反應。托馬克反應器因此成為實用核融合反應器設計的引領者之一。
（圖片來源：ITER）
「撕裂模不穩定性」成為實現無窮潔淨核融合能源的最大挑戰之一
然而，一旦穿過等離子體的磁場線受到些微的干擾，那麼保持等離子穩定的微妙平衡就會被打破，換言之這會使等離子脫離磁場的掌控，核融合反應也隨之結束。引發等離子不穩定的方式有很多種，其中「撕裂模不穩定性」（tearing mode instabilities）是等離子破壞的主要原因之一，更是實現無窮潔淨核融合能源的最大挑戰之一。新發表論文的共同作者 Jaemin Seo 表示，隨著我們嘗試在產生足夠能量所需的高功率下運行核融合反應後，這個問題會變得更加突出。
加拿大薩斯喀徹溫大學（ University of Saskatchewan）等離子物理學家蕭持進（Chijin Xiao）闡述道，這些不穩定性可能導致災難性後果。等離子一旦停止工作，有可能使得所有儲存在等離子中的能量以熱能的形式釋放而造成反應器槽壁的損壞。更重要的是，磁/電流的突然變化會帶給反應器巨大的應力，如此一來真的有可能摧毀設備。
如今位於法國的 ITER 國際熱核融合實驗反應器是世界上最大的托馬克反應器之一，其設計只能承受幾次等離子不穩定性的破壞，然後整個機器就必須進行所費不貲的修復。
新 AI 模型可以在「撕裂模不穩定性」發生前 300 毫秒進行預測和抑止
所以當前的解決重點是在不穩定性發生前精準預測並進行干預。普林斯頓實驗室的 AI 模型可以在「撕裂模不穩定性」發生前 300 毫秒進行預測，300 毫秒看起來似乎很短，但研究人員表示，這樣就足以控制等離子。
研究人員在美國聖地亞哥 DIII-D 國家核融合設施上測試了該演算法。他們發現他們基於 AI 的系統能夠控制輸入到反應器的功率以及等離子體的形狀，以保持旋轉的粒子受到控制。
研究論文共同作者 Azarakhsh Jalalvand 表示，這個 AI 模型的成功來自於它使用先前核融合實驗的實際數據進行訓練，而不是理論物理模型。另一位共同作者 Jaemin Seo 表示，這項研究深具重大意義，因為先前的研究只能在撕裂不穩定性發生後進行抑制。新方法能夠在不穩定出現之前預測並制止。
該最新研究的作者群表示，當前研究工作仍處概念驗證階段，亦即微調的早期階段。他們會繼續進行微調，希望最終應用至其他反應器，並優化核融合反應，進而獲取無窮無盡的潔淨核融合能量。
（首圖來源：General Atomics）
核融合與核分裂的差異
核融合和核分裂都是利用原子核的能量，但兩者在原理、過程和應用上都有很大的差異。目前世界上主流的核能為核分裂。
核融合
核融合是指兩個或多個較輕的原子核結合在一起，形成一個較重的原子核的過程。這個過程中會釋放出大量的能量。核融合是太陽和其他恆星發光的原理。太陽的核心溫度高達 1500 萬攝氏度，壓力也極高。在這種極端條件下，氫原子核可以融合在一起，形成氦原子核。這個過程中會釋放出大量的熱量和光。核融合也被認為是未來最有潛力的能源之一。核融合燃料取之不盡，用之不竭，而且不會產生放射性廢料。
核分裂
核分裂是指一個較重的原子核分裂成兩個或多個較輕的原子核的過程。這個過程中也會釋放出大量的能量。核分裂是核能發電的原理。核電站中使用的燃料是鈾-235 或钚-239。在中子的撞擊下，鈾-235 或钚-239 原子核會分裂成兩個較小的原子核，並釋放出中子和熱量。這些中子可以撞擊其他鈾-235 或钚-239 原子核，引起連鎖反應，從而產生大量的熱量。核分裂也被用於製造核武器。原子彈和氫彈都是利用核分裂原理製造的。
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