Pod tym nieco enigmatycznym określeniem kryje się po prostu cyfrowa wersja fizycznie istniejącego obiektu. W przypadku reakcji termojądrowych chodziło o znalezienie sposobów na predykcyjną kontrolę plazmy. Szczególne zainteresowanie inżynierów zajmujących się tym tematem wzbudza metoda magnetycznego zamknięcia, w przypadku której rozgrzana plazma jest kontrolowana z wykorzystaniem pola magnetycznego.
Czytaj też: Orlen otwiera specyficzną elektrownię. Polacy dostaną energię wprost ze ścieków
Sukces w postaci kontrolowanego wytwarzania energii elektrycznej w oparciu o reakcje termojądrowe wymaga spełnienia kilka kluczowych wymagań. Chodzi między innymi o przewidywanie i kontrolowanie zachowania plazmy. Do realizacji tego celu posłużył niedawno cyfrowy bliźniak, za sprawą którego plazma jest kontrolowana na podstawie tej wirtualnej, odtworzonej w przestrzeni numerycznej.
Kulisy tych nieco szalonych eksperymentów zostały niedawno zaprezentowane na łamach Scientific Reports. Jak przyznają autorzy publikacji, analiza zachowania plazmy z dużą dokładnością przy użyciu modeli symulacyjnych stanowiła wielkie wyzwanie. Było to konsekwencją faktu, iż modele muszą uwzględniać zarówno złożony przepływ plazmy, jak i wiele innych czynników, takich jak ogrzewanie, dostarczanie paliwa czy obecność zanieczyszczeń. Poza tym należy być gotowym na konieczność działania z niedostateczną ilością informacji i z wysokim stopniem niepewności.
Kontrolowana synteza termojądrowa to bardzo obiecujące źródło energii, choć najpierw trzeba je odpowiednio opanować oraz uzyskać wyraźnie dodatni bilans energetyczny netto
Wykorzystując rozwiązanie nazwane ASTI, zespół badawczy, na czele którego stanął Yuya Morishita, był w stanie zoptymalizować swój model z wykorzystaniem obserwacji w czasie rzeczywistym. Dzięki temu pojawiła się opcja wyboru najbardziej optymalnego sterowania nawet w wysoce niepewnych warunkach. Kluczową rolę w tych postępach odegrała tzw. asymilacja danych, czyli metoda pozwalająca na poprawę wydajności przewidywania i analizy wielkoskalowych modeli symulacyjnych.
ASTI pozwala na tworzenie cyfrowej wersji plazmy, a poświęcone jej analizy sprawiają, że model symulacyjny jest w stanie dostosowywać swoje predykcje w czasie rzeczywistym. W konsekwencji możliwe staje się trafne przewidywanie zachowania plazmy i konfiguracja najbardziej optymalnych ustawień.
Czytaj też: Fuzja jądrowa z gigantycznym skokiem. Produkują pięć razy więcej energii, niż wykorzystują
Aby przekonać się o praktycznych możliwościach tej metody, członkowie zespołu badawczego wykorzystali LHD (Large Helical Device) i przeprowadzili eksperyment mający na celu kontrolowanie temperatury elektronowej rzeczywistej plazmy, przy jednoczesnej optymalizacji modelu predykcyjnego w oparciu o profile gęstości elektronowej i temperatury obserwowane w czasie rzeczywistym. Dzięki temu możemy mówić o pierwszej w historii demonstracji predykcyjnego sterowania plazmą termojądrową przez cyfrowego bliźniaka i z wykorzystaniem asymilacji danych. Z pewnością jesteśmy coraz bliżej dnia, w którym reakcje termojądrowe zaczną służyć ludzkości do spełniania jej energetycznych potrzeb.