I ricercatori dell’Università di Princeton e del suo Princeton Plasma Physics Laboratory hanno sviluppato un modello di intelligenza artificiale che potrebbe risolvere il problema di generare Energia di fusione pulita e illimitata. Questo modello prevede, e quindi capisce come evitare, che il plasma diventi instabile e sfugga ai forti campi magnetici che lo trattengono all’interno di alcuni reattori a forma di ciambella. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
Generare energia di fusione pulita e illimitata prevedendo l’instabilità dei reattori prima che si verifichi
Ci sono molti ostacoli sulla pista verso la fusione nucleare, la reazione al centro del sole che combina gli atomi per produrre energia: generare più energia di quella necessaria per alimentare i reattori, sviluppare materiali da costruzione a prova di reattore, mantenerlo libero da impurità e trattenere il carburante al suo interno, solo per citarne alcune.
I reattori tokamak a forma di ciambella si affidano a magneti per comprimere le particelle di plasma vicine tra loro e mantenerle costantemente in rotazione attorno a un anello, creando una reazione di fusione duratura. Sono uno dei pionieri nella progettazione di un pratico reattore a fusione. Ma se c’è una piccola interruzione nelle linee del campo magnetico che attraversano il plasma, il delicato equilibrio che lo tiene contenuto va fuori controllo: il plasma sfugge alla presa dei magneti e la reazione finisce.
Chijin Xiao, fisico del plasma dell’Università del Saskatchewan, non coinvolto nello studio su come generare energia di fusione pulita e illimitata, ha spiegato che queste instabilità possono portare a conseguenze catastrofiche.
“Quando il plasma smette di funzionare, ci sono diversi rischi: uno è che tutta l’energia immagazzinata nel plasma verrà rilasciata come energia termica e potrebbe danneggiare la parete del reattore. Ancora più importante, un cambiamento improvviso nella corrente magnetica può introdurre una grande quantità di forza sul reattore che può davvero distruggere il dispositivo“, ha spiegato lo scienziato.
Xiao ha aggiunto che uno dei più grandi reattori tokamak oggi in circolazione, ITER in Francia, è progettato per resistere solo ad alcune di queste interruzioni del plasma prima che l’intera macchina debba essere riparata, una spesa enorme. L’obiettivo è cogliere le instabilità mentre sono piccole e intervenire.
Il modello del laboratorio di Princeton può prevedere le cosiddette instabilità della modalità di strappo 300 millisecondi prima che si verifichino. Non sembra un grande avvertimento, ma è abbastanza tempo per tenere sotto controllo il plasma, mostra il loro studio su come generare energia di fusione pulita e illimitata.
I ricercatori hanno testato l’algoritmo su un reattore reale, il DIII-D National Fusion Facility di San Diego. Gli studiosi hanno osservato che il loro sistema basato sull’intelligenza artificiale può controllare la potenza pompata nel reattore e la forma del plasma per tenere sotto controllo le particelle vorticose.
L’intelligenza artificiale rimuovera gli ostacoli su come generare energia di fusione pulita e illimitata
Il coautore Azarakhsh Jalalvand ha affermato in una dichiarazione che il successo del modello di intelligenza artificiale deriva dal fatto che è stato addestrato su dati reali provenienti da precedenti esperimenti di fusione, piuttosto che su modelli fisici teorici.
“Non insegniamo al modello di apprendimento per rinforzo tutta la complessa fisica di una reazione di fusione“, ha detto Jalalvand: “Gli diciamo qual è l’obiettivo, mantenere una reazione ad alta potenza, cosa evitare, un’instabilità della modalità di lacerazione, e le manopole che può girare per ottenere tali risultati. Col tempo, impara il percorso ottimale per raggiungere l’obiettivo dell’alta potenza evitando l’instabilità”.
Lo studio su come generare energia di fusione pulita e illimitata è significativo, ha affermato il coautore Jaemin Seo, perché ricerche precedenti sono state in grado di sopprimere le instabilità da lacerazione solo dopo che si sono verificate: “Il nostro approccio ci consente di prevedere ed evitare tali instabilità prima che si manifestino”.
Le instabilità della modalità di lacerazione tuttavia sono solo uno dei modi in cui il plasma può andare in tilt. Esistono dozzine di modi in cui un globo di plasma può oscillare, piegarsi o rompersi: come un tubo da giardino attorcigliato, un ventilatore o persino una salsiccia.
Le instabilità devastanti rappresentano una delle problematiche più grandi sulla strada per capire come generare energia di fusione pulita e illimitata: “Le instabilità della modalità di lacerazione sono una delle principali cause di disgregazione del plasma e diventeranno ancora più evidenti quando proveremo a eseguire reazioni di fusione alle elevate potenze richieste per produrre energia sufficiente. Per noi rappresentano una sfida importante da risolvere”, ha affermato Seo.
L’intelligenza artificiale svolgerà un ruolo importante nel controllo e nel mantenimento delle reazioni di fusione. Federico Felici, un fisico dell’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia che non ha partect alla ricerca su come generare energia di fusione pulita e illimitata.
“C’è un enorme potenziale per sfruttare l’intelligenza artificiale per ottenere un controllo migliore e capire come utilizzare tali dispositivi in modo più efficace”. Felici e il suo team hanno precedentemente creato un modello di intelligenza artificiale per modellare l’anello di plasma all’interno del Tokamak a configurazione variabile.
Gli autori dello studio su come generare energia di fusione pulita e illimitata descrivono il loro lavoro come una prova di concetto in questa fase e spiegano nella loro ricerca che è ancora nelle prime fasi di messa a punto. Sperano, tuttavia, che possa essere messo a punto ed eventualmente applicato ad altri reattori, anche per ottimizzare la reazione o ricavarne energia.
“Attualmente ci sono prove sperimentali per controllare questi scenari di distruzione del plasma, ma questi scenari sono così ampi che con le conoscenze e i dati attuali bisogna ancora aspettare e vedere“, ha concluso Xiao sulla generazione di energia di fusione pulita e illimitata.
