Premium
Există multe piedici pe pista de alergare către fuziunea nucleară, reacția din centrul soarelui care combină atomii pentru a produce energie: Generarea unei cantități de energie mai mari decât este nevoie pentru a alimenta reactoarele, dezvoltarea unor materiale de construcție rezistente la reactoare, menținerea reactorului fără impurități și reținerea combustibilului în interiorul acestuia, pentru a numi doar câteva, scrie vice.com.
Acum, cercetătorii de la Universitatea Princeton și de la Laboratorul de Fizică a Plasmei de la Princeton au dezvoltat un model de inteligență artificială care ar putea rezolva această ultimă problemă. Acest model prezice și apoi găsește cum să evite ca plasma să devină instabilă și să scape din câmpurile magnetice puternice care o rețin în interiorul anumitor reactoare în formă de gogoașă. Aceștia și-au publicat concluziile miercuri în revista Nature.
Reactoarele tokamak în formă de gogoașă se bazează pe magneți pentru a strânge particulele de plasmă și a le menține învârtindu-se constant în jurul unui inel, creând o reacție de fuziune de durată. Acestea sunt unul dintre primii în ceea ce privește proiectele pentru un reactor de fuziune practic. Dar dacă există o mică perturbare a liniilor de câmp magnetic care traversează plasma, echilibrul delicat care le ține pe toate înăuntru se dereglează: Plasma scapă din ghearele magneților și reacția se termină.
Chijin Xiao, un fizician specializat în fizica plasmei de la Universitatea din Saskatchewan, care nu a fost implicat în studiu, a explicat că aceste instabilități pot avea consecințe catastrofale. "Când plasma încetează să funcționeze, există mai multe riscuri: unul este că toată energia stocată în plasmă va fi eliberată sub formă de energie termică și poate deteriora peretele reactorului", a spus ea. "Mai important, o schimbare bruscă a curentului [magnetic] poate introduce o forță foarte mare asupra reactorului, care poate distruge cu adevărat dispozitivul".
Xiao a adăugat că unul dintre cele mai mari reactoare tokamak existente în prezent, ITER din Franța, este proiectat să reziste doar la câteva dintre aceste perturbări ale plasmei înainte ca întregul aparat să fie reparat - o cheltuială uriașă. Scopul este de a prinde instabilitățile cât timp sunt mici și de a interveni.
Modelul laboratorului de la Princeton poate prezice așa-numitele instabilități în modul de rupere cu 300 de milisecunde înainte ca acestea să se producă. Nu pare a fi un termen prea lung, dar este suficient timp pentru a ține plasma sub control, arată studiul lor.
Ce indică primele teste
Cercetătorii au testat algoritmul pe un reactor real, DIII-D National Fusion Facility din San Diego. Ei au văzut că sistemul lor bazat pe inteligență artificială poate controla puterea pompată în reactor și forma plasmei pentru a ține sub control particulele învârtite.
Co-autorul Azarakhsh Jalalvand a declarat într-un comunicat că succesul modelului de inteligență artificială provine din faptul că acesta a fost antrenat pe baza unor date reale din experimente de fuziune anterioare, mai degrabă decât pe baza unor modele fizice teoretice.
"Nu învățăm modelul de învățare prin întărire toată fizica complexă a unei reacții de fuziune", a spus Jalalvand. "Îi spunem care este obiectivul - să mențină o reacție de mare putere - ce trebuie să evite - o instabilitate în modul de rupere - și butoanele pe care le poate roti pentru a obține aceste rezultate. În timp, acesta învață calea optimă pentru a atinge obiectivul de putere ridicată, evitând în același timp pedeapsa unei instabilități."
Studiul este semnificativ, a declarat coautorul Jaemin Seo, deoarece studiile anterioare au reușit să suprime instabilitățile de rupere doar după ce acestea au avut loc. "Abordarea noastră ne permite să prezicem și să evităm aceste instabilități înainte ca ele să apară".
Dar instabilitățile modului de rupere sunt doar unul dintre modurile în care plasma se poate dezlănțui. Există zeci de moduri în care un glob de plasmă se poate clătina, îndoi sau rupe în bucăți: ca un furtun de grădină îndoit, un ventilator sau chiar un cârnat.
Instabilitățile de rupere
Cu toate acestea, instabilitățile de rupere reprezintă una dintre cele mai mari provocări pe drumul către o energie de fuziune curată și nelimitată. "Instabilitățile în modul de rupere sunt una dintre principalele cauze ale perturbării plasmei și vor deveni și mai importante pe măsură ce încercăm să realizăm reacții de fuziune la puterile mari necesare pentru a produce suficientă energie", a declarat Seo. "Ele reprezintă o provocare importantă pe care trebuie să o rezolvăm".
Inteligența artificială va juca un rol important în controlul și menținerea reacțiilor de fuziune, a declarat pentru Live Science Federico Felici, fizician la Institutul Federal Elvețian de Tehnologie, care nu a fost implicat în studiu. "Există un potențial uriaș de a dezlănțui IA pentru a obține un control mai bun și pentru a ne da seama cum să operăm astfel de dispozitive într-un mod mai eficient." Felici și echipa sa au creat anterior un model de inteligență artificială pentru a modela inelul de plasmă din interiorul Tokamak-ului cu configurație variabilă.
Autorii ultimului studiu descriu munca lor ca fiind o dovadă de concept în acest stadiu și scriu în lucrarea lor că este încă în stadii incipiente de reglaj fin. Cu toate acestea, ei speră că ar putea fi ajustată și, în cele din urmă, aplicată la alte reactoare, de asemenea pentru a optimiza reacția sau pentru a recolta energia din aceasta.
"În prezent, există dovezi experimentale pentru a controla aceste scenarii [de perturbare a plasmei], dar aceste scenarii sunt atât de largi încât, cu cunoștințele și datele actuale, încă mai trebuie să așteptăm și să vedem", a declarat Xiao.
