Poder de fusión: DeepMind usa IA para controlar el plasma dentro del reactor tokamak


rap«>Por primera vez, se ha utilizado inteligencia artificial para controlar el plasma supercaliente dentro de un reactor de fusión, proporcionando una nueva forma de aumentar la estabilidad y la eficiencia.

La tecnologia


16 de febrero de 2022

Descripción: Imagen de cámara de un plasma dentro del tokamak TCV, las regiones de diferentes colores corresponden a diferentes temperaturas del plasma caliente.  El centro del plasma está tan caliente que no emite luz visible.  Crédito: Curdin W?thrich / SPC/EPFL

Plasma dentro del reactor de fusión TCV en Suiza

Curdin Wuthrich/SPC/EPFL

Los reactores de fusión prometen energía barata, abundante y relativamente limpia, si podemos hacer que funcione. Ahora, gracias a la empresa de inteligencia artificial DeepMind, los investigadores de fusión están a punto de extraer energía de un plasma más caliente que la superficie del sol.

DeepMind trabajó con científicos de la Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Suiza, para crear una red neuronal capaz de controlar campos magnéticos en el reactor de fusión Tokamak Variable Configuration (TCV) de la EPFL.

Estos campos magnéticos son esenciales para mantener seguro el plasma generado por el reactor. Si el plasma toca las paredes del reactor, se enfría rápidamente, sofocando la reacción y causando potencialmente un daño significativo.

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Los investigadores de TCV utilizaron previamente 19 bobinas magnéticas, cada una controlada por un algoritmo separado que monitoreaba el interior del reactor miles de veces por segundo con una multitud de sensores. En cambio, DeepMind creó una única red neuronal para controlar todas las bobinas a la vez, aprendiendo automáticamente qué voltajes debían suministrarles para contener mejor el plasma.

El equipo entrenó a la IA en una simulación numérica precisa del reactor antes de realizar experimentos en la máquina real. Al final, pudo retener el plasma durante aproximadamente 2 segundos, lo que está cerca de los límites del reactor: TCV solo puede retener el plasma en un solo experimento por hasta 3 segundos, después de lo cual necesita 15 minutos para enfriarse. abajo. El récord para los reactores de fusión es de solo 5 segundos, establecido recientemente por el Joint European Torus en el Reino Unido.

Además de controlar el plasma, la IA pudo darle forma y moverlo por el reactor. Las nuevas formas de plasma podrían mejorar la eficiencia o la estabilidad de los nuevos reactores de fusión como el ITER, que se encuentra actualmente en construcción en Francia y será el tokamak más grande del mundo cuando esté terminado en 2025. La IA incluso ha demostrado la capacidad de controlar dos haces de plasma separados en una vez.

Federico Felici de EPFL dice que si bien existen muchos enfoques teóricos que podrían usarse para contener plasma con una bobina magnética, los científicos han probado estrategias. Pero la IA sorprendió al equipo con su nuevo enfoque para formar esas mismas formas de plasma con las bobinas.

“Este algoritmo de IA, el aprendizaje por refuerzo, optó por utilizar las bobinas TCV de una manera completamente diferente, que sigue generando más o menos el mismo campo magnético”, explica Felici. «Así que todavía estaba creando el mismo plasma según lo previsto, pero solo estaba usando los núcleos magnéticos de una manera completamente diferente porque tenía total libertad para explorar todo el espacio operativo. Entonces, la gente estaba mirando estos resultados experimentales sobre cómo las corrientes de cuya bobina están cambiando y se sorprendieron bastante.

Gianluca Sarri de la Queen’s University Belfast, Reino Unido, dice que la IA es clave para el futuro de los sistemas de control de reactores de fusión, que aún tienen que respaldar una reacción que produce más energía de la que no consume.

“Una vez hecho esto, no es el final de la historia. Entonces tienes que convertirlo en una potencia”, dice. “Y esta IA es, en mi opinión, el único camino a seguir. Hay tantas variables, y un pequeño cambio en una de ellas puede conducir a un gran cambio en el resultado final. Si intenta hacerlo manualmente, es un proceso muy largo.

Pour faire des réacteurs à fusion des sources d’énergie efficaces et pratiques, les physiciens doivent augmenter le rapport entre la pression du plasma et la puissance des champs magnétiques qui le contiennent, une valeur appelée bêta, explique Howard Wilson de l’Université de York , en el Reino Unido.

«El plasma se retuerce y se mueve e intenta escapar de las garras de los campos magnéticos, y a medida que aumenta ese parámetro beta, debe trabajar más y más para obtener el control que necesita para mantener el plasma allí», dice. «Cuanto más empujas el plasma, más probable es que lo pierdas repentinamente».

Wilson cree que estos experimentos de IA son prometedores para contener plasma en «geometrías extremas», allanando el camino para experimentos con diferentes formas de plasma que podrían mejorar la estabilidad o la eficiencia. “Hace que el espacio de parámetros riesgosos sea menos riesgoso para operar, pero también abre un nuevo espacio de parámetros en el que podemos ingresar y explorar”, dice.

Referencia de la revista: La naturalezaDOI: 10.1038/s41586-021-04301-9

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