Utilizzare la AI per governare il plasma nella fusione nucleare: il risultato dei ricercatori di Princeton

I ricercatori statunitensi, in un articolo pubblicato su Nature, hanno descritto un metodo per utilizzare l’intelligenza artificiale per prevedere le dinamica del plasma di idrogeno in tempo reale e quindi prevenire le sue degenerazioni, permettendo di sostenere la fusione in modo più prolungato e con minore necessità di energia in entrata. 

La fusione nucleare è una reazione in cui due o più nuclei si fondono tra loro: per i nuclei atomici di massa non eccessiva, questo comporta solitamente il rilascio di energia. Questa energia può essere convertita, per varie vie, in energia elettrica e promette di essere, se correttamente utilizzata, la forma di energia verde del futuro. Il problema è che, per ra, è l’energia del futuro, e non del presente…

Le reazioni di fusione nucleare non sono state sostenute per più di qualche secondo, ma all’inizio di quest’anno è stato stabilito un nuovo record dai ricercatori del Joint European Torus nell’Oxfordshire, che hanno sostenuto la fusione per cinque secondi, anche se senza guadagno energetico

La maggior parte degli esperimenti di fusione nucleare prevede il riscaldamento dell’idrogeno a temperature elevatissime all’interno di un reattore a forma di ciambella (un tokamak) per formare un plasma – uno stato caldo e ionizzato della materia con gli elettroni strappati agli atomi – che viene tenuto in posizione da potenti campi magnetici. Questo è necessario per creare le condizioni estreme, simili a quelle di una stella, in cui ha inizio la fusione.

Uno dei principali ostacoli allo sfruttamento della fusione nucleare per la produzione di energia è l’instabilità di questo plasma. Il plasma è suscettibile di “strapparsi” alla minima interruzione e di sfuggire ai confini dei campi magnetici. Questo altera il suo equilibrio e pone fine alle reazioni in modo improvviso.

I ricercatori statunitensi, in un articolo pubblicato su Nature, hanno descritto un metodo per utilizzare l’intelligenza artificiale per prevedere le lacerazioni ed evitare che si verifichino in tempo reale.

Hanno costruito una rete neurale profonda per prevedere la probabilità di lacerazioni, basandosi sulle caratteristiche del plasma in tempo reale, poi hanno usato questa rete neurale per addestrare un algoritmo di apprendimento per rinforzo. Questo è stato in grado di “testare” diverse strategie di controllo del plasma in un ambiente simulato e, col tempo, ha imparato “il percorso ottimale per raggiungere l’obiettivo di un’elevata potenza evitando di creare  un’instabilità”.

Testando il controllore AI in una prova pratica presso la DIII-D National Fusion Facility di San Diego, in California, i ricercatori hanno scoperto che era in grado di prevedere la rottura del plasma con un anticipo di 0,3 secondi. In questo modo il controllore ha avuto tutto il tempo di regolare alcuni parametri operativi per evitare la lacerazione del flusso del plasma e stabilizzare la reazione.

“Gli studi precedenti si sono generalmente concentrati sulla soppressione o sull’attenuazione degli effetti di queste instabilità dopo che si verificano nel plasma”, ha dichiarato il primo autore, il professor Jaemin Seo, che dopo il completamento del progetto si è trasferito alla Chung-Ang University in Corea del Sud. “Ma il nostro approccio ci permette di prevedere ed evitare queste instabilità prima che si manifestino”.

In seguito, i ricercatori raccoglieranno ulteriori prove del controllore AI in azione nel tokamak di San Diego, prima di testarlo in altri tokamak. “Abbiamo prove evidenti che il controllore funziona abbastanza bene a DIII-D, ma abbiamo bisogno di altri dati per dimostrare che può funzionare in diverse situazioni. Vogliamo lavorare per ottenere qualcosa di più universale”, ha detto Seo.

La creazione di questi algoritmi predittivi del plasma permetterà quindi di giungere a pressione e temperature tali da consetire una fusione con guadagno energetico più facilmente e, soprattutto, mantenerla più a lungo.