Britischer KI-Supercomputer soll Kernfusion virtuell berechnen und beschleunigen

Saubere Energie ohne CO₂, nahezu unbegrenzt verfügbar – das verspricht die Kernfusion und gilt damit seit Jahrzehnten als große Hoffnung. Doch bislang scheitert sie weniger an Ideen als an ihrer enormen Komplexität. Die Prozesse im Inneren eines Reaktors lassen sich kaum vollständig kontrollieren. Jetzt soll ein KI-Supercomputer das Problem knacken – und die größten Hürden deutlich schneller aus dem Weg räumen.

Statt teurer Versuchsreihen im Labor rückt die Forschung stärker in den digitalen Raum. Modelle simulieren komplette Reaktoren, lange bevor sie gebaut werden. Die britische Atomenergiebehörde (UK Atomic Energy Authority) treibt dieses Konzept nun mit einem neuen System voran. Es trägt den Namen „Sunrise“ und soll die Entwicklung deutlich beschleunigen.

KI-Simulationen ersetzen erste Laborversuche und beschleunigen die Kernfusion

Die Forschung verändert sich gerade deutlich: Statt aufwendiger Versuche im Labor laufen viele Tests künftig zuerst im Rechner. Möglich macht das künstliche Intelligenz, die mit physikalischen Daten trainiert wurde. Sie erkennt Muster im Plasma und rechnet verschiedene Szenarien deutlich schneller durch als bisherige Modelle.

Das ist entscheidend, denn im Reaktor herrschen extreme Bedingungen. Plasma erreicht Temperaturen, die über denen im Inneren der Sonne liegen. Gleichzeitig wirken starke Kräfte auf die Materialien. Solche Prozesse exakt zu berechnen, galt lange als kaum beherrschbar.

Der neue Rechner mischt die Karten neu. Er koppelt rohe Rechenleistung mit KI. Simulationen laufen dadurch in einem Tempo, das bisher nicht möglich war. Mehrere Varianten werden gleichzeitig durchgespielt. Schwachstellen fallen früh auf – lange bevor sie im echten Reaktor zum Problem werden.

Digitale Zwillinge ersetzen aufwendige Tests gezielt

Ein zentraler Begriff in diesem Zusammenhang sind „digitale Zwillinge“. Gemeint sind virtuelle Abbilder von Fusionsreaktoren. Sie reagieren ähnlich wie reale Anlagen. Veränderungen im Modell zeigen direkt, wie sich ein Reaktor verhalten würde.

Das bringt klare Vorteile:

• neue Designs lassen sich prüfen, ohne teure Prototypen zu bauen
• Risiken werden früher erkannt
• Entwicklungszeiten verkürzen sich deutlich

Rob Akers von der britischen Atomenergiebehörde beschreibt den Ansatz so: „Sunrise wird diese Fähigkeit in die Fusionsforschung bringen, indem es hochpräzise Simulationen mit physikbasierter KI kombiniert.“ Weiter sagt er: „So entstehen vorhersagende digitale Zwillinge, die Kosten, Risiken und Zeit deutlich reduzieren.“

Gerade bei turbulenten Plasma-Bewegungen liefert diese Methode neue Einblicke. Sie zählen zu den größten ungelösten Problemen der Kernfusion.

Leistungsdaten zeigen, wie groß der Schritt wirklich ist

Sunrise gehört zu den leistungsstärksten Anlagen seiner Art, die gezielt für die Fusionsforschung gebaut wurden. Die technischen Eckdaten des Systems beweisen, wie ambitioniert das Projekt ist:

• 45 Millionen Pfund (rund 52 Mio. Euro): Investition der britischen Regierung
• Start im Juni: Inbetriebnahme am Standort Culham geplant
• 1,4 Megawatt Leistung: Strombedarf des Systems
• 6,76 ExaFLOPS: Rechenleistung für KI-Modelle
• Hardware von AMD, Servertechnik von Dell, Speichersystem von WEKA

Diese Leistung ermöglicht Simulationen in einer neuen Größenordnung. Große Datenmengen lassen sich gleichzeitig verarbeiten. Modelle reagieren schneller und liefern präzisere Ergebnisse.

Großprojekte zeigen, wohin die Entwicklung führt

Der neue KI-Supercomputer ist Teil einer größeren Strategie. Großbritannien investiert gezielt in die Verbindung von künstlicher Intelligenz und Energieforschung. Neben Sunrise entsteht auch ein weiteres Rechenzentrum in Cambridge. Dafür stehen rund 36 Millionen Pfund bereit.

Am Standort Culham betreibt die britische Atomenergiebehörde bereits den Versuchsreaktor MAST (Mega Amp Spherical Tokamak). Die Anlage dient als wichtige Testumgebung für neue Fusionskonzepte. Ergebnisse aus Simulationen lassen sich künftig direkt mit Daten aus diesem Reaktor abgleichen. So entsteht ein enger Austausch zwischen Rechner und Experiment.

Parallel laufen wichtige Programme zur Kernfusion:

• das STEP-Projekt, das einen Prototyp für ein Fusionskraftwerk in den 2040er-Jahren vorsieht
• die Entwicklung von Technologien für den Tritium-Brennstoffkreislauf

Diese Projekte greifen ineinander. Simulationen liefern Erkenntnisse, die direkt in die Entwicklung realer Anlagen einfließen.

Warum der Fortschritt bislang so langsam war

Kernfusion zählt zu den schwierigsten Herausforderungen der modernen Physik. Das liegt vor allem an der Kombination mehrerer Probleme. Plasma verhält sich instabil. Materialien müssen extremen Bedingungen standhalten. Gleichzeitig sind Experimente teuer und aufwendig.

Bisher bedeutete jeder Fortschritt oft jahrelange Arbeit im Labor. Mit digitalen Modellen ändert sich das Tempo. Ideen lassen sich schneller prüfen. Fehlversuche kosten weniger Zeit.

Kurz zusammengefasst:

• Kernfusion gilt als saubere Energiequelle der Zukunft, scheitert bisher aber an extrem komplexen Prozessen im Reaktor, die sich nur schwer kontrollieren und berechnen lassen.
• Ein neuer KI-Supercomputer („Sunrise“) soll Fusionsreaktoren künftig vollständig virtuell simulieren, Probleme früh erkennen und Entwicklungsschritte deutlich beschleunigen.
• Digitale Zwillinge könnten viele reale Experimente ersetzen, Zeit und Kosten sparen und den Weg zu funktionierenden Fusionskraftwerken spürbar verkürzen.

Übrigens: Während ein neuer KI-Supercomputer die Kernfusion virtuell vorantreiben soll, bleibt ein anderes Problem ganz real – weltweit existieren nur rund 20 Kilo Tritium als Brennstoff. Ein britisches Konzept will im Reaktor mehr davon erzeugen, als es verbraucht – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © UK Industrial Fusion Solutions Ltd