Per anni, gli scienziati hanno cercato di risolvere l'ostacolo ingegneristico di duplicare la fusione nucleare che avviene naturalmente nel sole. Tuttavia, raggiungere la fusione sulla Terra è rimasta una sfida sfuggente fino ad ora. I ricercatori pensano che l'intelligenza artificiale possa risolvere il problema della fusione nucleare e svelare i segreti dei reattori a fusione sostenibili.
I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory sono i primi ad aver dimostrato come l'intelligenza artificiale possa essere utilizzata per prevedere ed evitare instabilità potenzialmente catastrofiche in un dispositivo di fusione. Il loro lavoro mostra la capacità dell'IA di guidare il plasma e di compiere un significativo passo avanti nello sviluppo dell'energia da fusione, affrontando al contempo una grande sfida.
In evidenza: l'intelligenza artificiale stabilizza l'energia di fusione
- L'apprendimento automatico è in grado di analizzare rapidamente i dati, identificare modelli e adattarsi per migliorare il controllo sulle reazioni di fusione negli stellarator e nei tokamak.
- L'intelligenza artificiale ha avuto successo evitate interruzioni magnetiche che destabilizzano il plasma di fusione in due reattori tokamak operanti in modalità ad alto confinamento.
- I ricercatori stanno utilizzando l'intelligenza artificiale per ottimizzare la progettazione dello stellarator, accelerare codici fisici complessi e semplificare la modellazione del flusso di calore per i tokamak di prossima generazione.
- Controllo in tempo reale di successo è stato dimostrato presso il reattore a fusione tokamak DIII-D.
- I modelli di apprendimento automatico integrati con dati sperimentali mirano a rivelare metodi ottimali di confinamento del plasma per i reattori a fusione su scala commerciale.
“ Nel plasma si verificano instabilità che possono causare gravi danni al dispositivo di fusione. Non possiamo permetterci queste instabilità in un impianto di fusione commerciale ”, ha aggiunto Egemen Kolemen . “ Il nostro lavoro fa progredire il settore e dimostra che l'intelligenza artificiale potrebbe svolgere un ruolo importante nella gestione delle reazioni di fusione in futuro, evitando le instabilità e consentendo al plasma di generare quanta più energia di fusione possibile ” .
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La soluzione AI: previsione e prevenzione
I ricercatori hanno addestrato un sistema di intelligenza artificiale utilizzando i dati di esperimenti precedenti condotti presso la DIII-D National Fusion Facility di San Diego. L'IA è stata quindi in grado di prevedere potenziali instabilità di tipo tearing mode e perturbazioni nelle linee del campo magnetico che consentono al plasma di fuoriuscire, con un anticipo fino a 300 millisecondi durante esperimenti di fusione in tempo reale.
Grazie a questo allarme precoce, il controller AI ha regolato parametri operativi chiave, come la forma del plasma e il riscaldamento in ingresso, per impedire la formazione di instabilità che avrebbero danneggiato il plasma.
" Imparando dagli esperimenti passati, anziché incorporare informazioni provenienti da modelli basati sulla fisica, l'IA potrebbe sviluppare una politica di controllo finale in grado di supportare un regime di plasma stabile e ad alta potenza in tempo reale, in un reattore reale ", ha affermato il responsabile della ricerca Egemen Kolemen, professore associato a Princeton.
Superare la complessità con l'intelligenza artificiale
Anche con i supercomputer più potenti del mondo, modellare con precisione le dinamiche turbolente e multiscala del plasma di fusione è complesso. I ricercatori riconoscono le sfide nell'aumento di scala e nella generalizzazione del controller AI.
- I potenti campi magnetici lottano per contenere il plasma surriscaldato a oltre 100 milioni di gradi Celsius nei dispositivi tokamak a forma di ciambella
- Instabilità che causano interruzioni nei campi magnetici e consentendo al plasma di fuoriuscire. Questo è stato un ostacolo importante al raggiungimento di una combustione di fusione sostenuta.
- Per imitare le condizioni del mondo reale è necessario codici computazionali estremamente complessi che funzionano lentamente anche sui supercomputer più avanzati.
- Trovare il giusto compromesso tra precisione e velocità quando si ottimizzano i codici utilizzando modelli di apprendimento automatico.
- Integrazione di più codici fisici ad alta fedeltà e ampi set di dati sperimentali per creare simulazioni accurate.
- Superare instabilità come modalità localizzate ai bordi che possono danneggiare i componenti dei reattori commerciali più grandi e caldi.
Sbloccare il potenziale della fusione basata sull'intelligenza artificiale
Nonostante le sfide future, i ricercatori sono ottimisti sul ruolo dell'intelligenza artificiale nelle centrali elettriche a fusione commercialmente sostenibili per generare abbondante energia pulita.
" Alla fine, potrebbe non trattarsi più solo di un'interazione unidirezionale tra scienziati che sviluppano e implementano questi modelli di intelligenza artificiale ", ha affermato Kolemen. " Studiandoli più nel dettaglio, potrebbero anche insegnarci qualcosa sulla fisica sottostante. "
Con l'AI che assume un ruolo sempre più importante, i ricercatori pensano che l'AI possa risolvere i problemi della fusione nucleare. Il loro obiettivo è intraprendere la strada verso lo sfruttamento della potenza feroce della fusione sulla Terra, che potrebbe finalmente iniziare a brillare più intensamente.
