Von 30 Minuten auf Millisekunden: KI gibt Fusionsforschung Turbo-Boost
KI macht Fusionsforschung schneller: HEAT-ML verkürzt Sicherheitsberechnungen im Tokamak von 30 Minuten auf Millisekunden – und könnte den Weg zu sauberer Energie beschleunigen.
Die künstlerische Darstellung des Inneren eines Fusionsreaktors, in dem einige der Innenflächen direkt dem Plasma ausgesetzt sind. Einige Bereiche liegen im „magnetischen Schatten“ anderer Komponenten und sind daher magnetisch abgeschirmt und somit vor der intensiven Hitze des Plasmas geschützt.
Foto: Kyle Palmer / PPPL Communications Department. Creative Commons BY 4.0 (Deutsch)
Die Sonne macht es vor. Seit Milliarden Jahren verschmilzt sie Atome und liefert damit Licht und Wärme für unser Leben. Die Menschheit versucht seit Jahrzehnten, dieses Prinzip auf der Erde nachzubauen – in Fusionsreaktoren. Doch zwischen Traum und Wirklichkeit steht eine gewaltige Hürde: das Plasma.
Es ist heißer als der Kern der Sonne, frisst sich ungebremst durch Metall und lässt jedes Material in Sekunden schmelzen. Wer die Fusionsenergie zähmen will, muss lernen, diese Hitze zu kontrollieren – und das schnell.
Jetzt hat eine KI gezeigt, dass sie das kann.
Inhaltsverzeichnis
Ein Schutzschild aus Magnetfeldern
In einem Tokamak – dem klassischen Fusionsreaktor – wirbelt Plasma in einem ringförmigen Magnetkäfig. Die Magnetfelder halten es davon ab, die Wände zu berühren. Meist.
Denn kleine Ungenauigkeiten, Turbulenzen oder Störungen können dafür sorgen, dass Teilchen ausbrechen und auf Bauteile prallen. Die Folge: Schäden, lange Reparaturen, monatelanger Stillstand.
Forschende setzen daher auf sogenannte magnetische Schatten – Bereiche, in denen Teile der Reaktorwand abgeschirmt sind. Wer weiß, wo diese sicheren Zonen liegen, kann empfindliche Komponenten gezielt platzieren. Das spart Geld, Zeit – und kann über den Erfolg eines ganzen Projekts entscheiden.
Die Zeitfalle im Rechenzentrum
Bisher war das Erstellen dieser „Schattenkarten“ eine Geduldsprobe. Die Spezialsoftware HEAT verfolgte Magnetfeldlinien durch das virtuelle Reaktorinnere und markierte geschützte Flächen. Präzise – aber quälend langsam.
Eine Simulation? Halbe Stunde. Hunderte davon? Tage bis Wochen. Für eine Technologie, bei der jeder Testlauf Millionen kostet, ist das zu lang.
Der KI-Turbo: HEAT-ML
Hier kommt HEAT-ML ins Spiel. Entwickelt von Commonwealth Fusion Systems (CFS) zusammen mit dem US-Energieministerium, dem Princeton Plasma Physics Laboratory und dem Oak Ridge National Laboratory.
Die KI basiert auf einem tiefen neuronalen Netzwerk – einer Software, die wie ein digitales Gehirn Muster erkennt. Gefüttert wurde sie mit rund 1.000 Schattenkarten, die zuvor mühsam mit HEAT berechnet worden waren.
Das Ergebnis: Statt 30 Minuten braucht HEAT-ML für dieselbe Aufgabe wenige Millisekunden – und liefert praktisch identische Ergebnisse.
„Diese Forschung eröffnet spannende Möglichkeiten für Steuerung und Szenarioplanung“, sagt Michael Churchill, Leiter der digitalen Technik am PPPL.
Noch ein Spezialist – bald ein Alleskönner?
Derzeit kann HEAT-ML nur einen ganz bestimmten Bereich berechnen: den unteren Abschnitt des SPARC-Abgassystems. Dort sitzen 15 Spezialkacheln, die direkt im Feuersturm des Plasmas liegen.
Der Grund für die Einschränkung: Die KI hat nur diese Geometrie „gelernt“. Für andere Bereiche braucht es neue Trainingsdaten. Die Vision der Forschenden: ein universeller KI-Assistent, der jede Form, jede Größe, jedes Bauteil in Sekunden bewertet.
Echtzeitreaktionen statt Nachtschichten
Die größte Stärke von HEAT-ML liegt im Tempo. Künftig könnte die Software im laufenden Betrieb genutzt werden.
Ein Sensor meldet: Das Plasma verhält sich ungewöhnlich. Sofort rechnet die KI durch, wie sich die Hitze verteilt – und zeigt, welche Bauteile gefährdet sind. Alles in Sekunden. So könnten Ingenieur*innen sofort gegensteuern, bevor etwas schmilzt.
SPARC – das Versuchslabor für die Zukunft
SPARC ist der derzeit wichtigste Meilenstein von CFS. Ziel: erstmals mehr Energie aus Fusion gewinnen, als für den Betrieb nötig ist. Dafür braucht es ein stabiles, präzise kontrolliertes Plasma.
HEAT-ML könnte dabei eine Schlüsselrolle spielen. Gelingt der Beweis, lässt sich die Technik auf alle künftigen Reaktoren übertragen – von Forschungsanlagen bis zu Kraftwerken, die ganze Städte versorgen.
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