Mit der Entwicklung eines Hybridsystems revolutioniert das Unternehmen die Fusionsprozesse, indem es einen stabileren und effizienteren Betrieb ermöglicht.
Laurence Kayl (Fedil)
[Dieser Artikel ist Teil einer Inhaltsreihe, die in Zusammenarbeit mit der FEDIL entwickelt wurde und zeigt, wie künstliche Intelligenz zur digitalen Transformation der luxemburgischen Wirtschaft beiträgt.]
Next Step Fusion, gegründet im September 2023 mit Hauptsitz in Luxemburg, ist ein privates Unternehmen, das an der Spitze der Innovation im Bereich der Fusionsenergie steht. Mit einem Team von über 20 Experten für Plasmaphysik, Tokamak-Simulation, Steuerungssysteme und künstliche Intelligenz bietet das Unternehmen fortschrittliche Lösungen für Plasmasimulation und -steuerung, Tokamak-Design und maschinelle Lernanwendungen, die auf die Fusionsindustrie zugeschnitten sind.
Ihre Erfahrung erstreckt sich über große Fusionsprojekte wie ITER, DIII-D, COMPASS, T-10, T-15MD, KTM und ISTTOK. Das Team hat eine Erfolgsbilanz in der Zusammenarbeit mit internationalen Forschungsinstituten, nationalen Laboratorien und privatwirtschaftlichen Tokamak-Entwicklern.
Die Fusionsenergie verspricht eine saubere, reichlich vorhandene und nachhaltige Lösung, um den weltweit steigenden Strombedarf zu decken, der bis 2050 voraussichtlich um über 80 % steigen wird. Tokamaks, die vielversprechendsten Fusionsanlagen, nutzen Magnetfelder, um Plasma bei Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius einzuschließen.
Der Übergang von Versuchsaufbauten zu kommerziellen Fusionskraftwerken (FPPs) stellt jedoch eine große Hürde dar: die Aufrechterhaltung eines stabilen Plasmaeinschlusses über lange Zeiträume in rauen Umgebungen.
Aktuelle Plasmasteuerungssysteme sind szenariobasiert, reagieren langsam und sind stark auf manuelles Tuning angewiesen. Sie haben Schwierigkeiten, Instabilitäten in Echtzeit vorherzusagen und zu verhindern, insbesondere unter den anspruchsvollen Bedingungen zukünftiger FPPs, die mit begrenzter Diagnostik und hoher Strahlenbelastung arbeiten werden.
Die Innovation von Next Step Fusion liegt in seinem hybriden Plasma-Kontrollsystem (PCS), das traditionelle Regelungsmethoden (wie PID-Regler) mit modernsten Techniken des maschinellen Lernens integriert - insbesondere Reinforcement Learning (RL), Bayes'sche Inferenz und neuronale Netze.
Dieses KI-gestützte System passt sich dynamisch an das Verhalten des Plasmas an, prognostiziert und vermeidet Störungen und ermöglicht die Erforschung neuer Plasmazustände, ohne auf vollständige magnetische Rekonstruktionen angewiesen zu sein.
Das PCS ist maschinenunabhängig und skalierbar und eignet sich daher für eine Vielzahl von Schweißgeräten. Es verwandelt die Plasmasteuerung von einer starren, szenariobasierten Aufgabe in eine flexible Echtzeit-Optimierungsherausforderung und ebnet den Weg für stabilere und effizientere Fusionsvorgänge.
Im Jahr 2024 demonstrierte Next Step Fusion erfolgreich sein RL-basiertes Steuermodul in der DIII-D National Fusion Facility in San Diego. Der Controller wurde in das bestehende PCS des Tokamaks integriert und ersetzte den standardmäßigen Formregelkreis in Echtzeit, der mit 4 kHz arbeitete. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Stabilität und Leistung, wobei die Plasmaform in einer Reihe von Szenarien erfolgreich kontrolliert wurde.
Diese Validierung unterstreicht das Potenzial des Systems zur Verbesserung der Effizienz von Hochtemperatur-Halbleiterspulen und zukünftigen FPPs.
Der von Next Step Fusion entwickelte RL-Agent lernt Steuerungsrichtlinien direkt aus Sensor- und Aktordaten, wodurch zwischenzeitliche Rekonstruktionen des magnetischen Flusses überflüssig werden. Dies beschleunigt das Training erheblich und verbessert die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Plasmaformen und Betriebsbedingungen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die auf vordefinierten Szenarien und linearen Modellen basieren, bietet der KI-basierte Ansatz von Next Step Fusion:
Diese Innovationen positionieren das PCS als transformative Technologie für den Fusionssektor, die in der Lage ist, die Grenzen traditioneller Steuerungssysteme zu überwinden und die kommerzielle Rentabilität zu ermöglichen.
Das Projekt von Next Step Fusion ist bereit, einen wesentlichen Beitrag zur luxemburgischen Wirtschaft und technologischen Führungsrolle zu leisten. Das Projekt zeichnet sich als bahnbrechende Initiative aus, die das Potenzial hat, die Rolle Luxemburgs in der Fusionsenergieforschung zu verändern.
Das Unternehmen plant, sein Team mit zusätzlichen ML-Forschern und Softwareentwicklern zu erweitern und so High-Tech-Arbeitsplätze zu schaffen. Die skalierbaren Softwarelösungen des Unternehmens haben ein starkes Exportpotenzial, insbesondere in Europa, den USA und Asien. Strategische Kooperationen mit akademischen Einrichtungen und Innovationsclustern stärken die Position Luxemburgs im globalen Fusionsrennen weiter.
Jetzt geht das Unternehmen von Pilotprojekten zu kommerziellen Projekten über und unterstützt seine ersten Kunden mit Design- und Simulationsdienstleistungen für Tokamaks der nächsten Generation. Partnerschaften mit Forschern und privaten Tokamak-Entwicklern legen den Grundstein für zukünftige kommerzielle Einsätze, da die Fusionsindustrie von der Forschung zur Prototypenentwicklung übergeht.
Das KI-gestützte Plasmasteuerungssystem von Next Step Fusion stellt einen entscheidenden Sprung auf dem Weg zur Erzielung einer nettopositiven Fusionsenergie dar. Durch die Kombination von konventioneller Technik mit fortschrittlicher KI adressiert das Unternehmen eine der drängendsten Herausforderungen im Bereich der Fusionsenergie - die Plasmasteuerung. Mit nachgewiesenen Ergebnissen, strategischen Partnerschaften und einem starken interdisziplinären Team ist Next Step Fusion gut positioniert, um die Kommerzialisierung der Fusionsenergie anzuführen und zu einer saubereren, nachhaltigeren Zukunft beizutragen.
