Durante anos, cientistas tentaram resolver o obstáculo de engenharia de duplicar a fusão nuclear que ocorre naturalmente no sol. No entanto, atingir a fusão na Terra permaneceu um desafio ilusório até agora. Pesquisadores acham que a IA pode resolver o problema da fusão nuclear e desvendar os segredos para reatores de fusão sustentáveis.
Pesquisadores do Laboratório de Física de Plasma de Princeton foram os primeiros a demonstrar como a inteligência artificial pode ser usada para prever e, assim, evitar instabilidades potencialmente catastróficas que ocorrem em um dispositivo de fusão. Seu trabalho mostra a capacidade da IA de guiar o plasma e representar um avanço significativo no desenvolvimento da energia de fusão, mesmo diante de um grande desafio.
Destaques: IA estabiliza a energia de fusão
- O aprendizado de máquina pode analisar dados rapidamente, identificar padrões e se adaptar para melhorar o controle sobre reações de fusão em stellarators e tokamaks.
- A IA tem sucesso evitou interrupções magnéticas que desestabilizam o plasma de fusão em dois reatores tokamak operando em modo de alto confinamento.
- Pesquisadores estão usando IA para otimizar o design do stellarator, acelerar códigos físicos complexos e simplificar a modelagem de fluxo de calor para tokamaks de última geração.
- Controle bem-sucedido em tempo real foi demonstrado no reator de fusão tokamak DIII-D.
- Modelos de aprendizado de máquina integrados com dados experimentais visam revelar métodos ideais de confinamento de plasma para reatores de fusão em escala comercial.
“ Existem instabilidades no plasma que podem causar danos severos ao dispositivo de fusão. Não podemos tolerar isso em um reator de fusão comercial ”, acrescentou Egemen Kolemen . “ Nosso trabalho impulsiona o campo e demonstra que a inteligência artificial pode desempenhar um papel importante no gerenciamento de reações de fusão no futuro, evitando instabilidades e permitindo que o plasma gere o máximo de energia de fusão possível. ”
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A solução de IA: previsão e prevenção
Os pesquisadores treinaram um sistema de IA com dados de experimentos anteriores realizados na Instalação Nacional de Fusão DIII-D em San Diego. A IA conseguiu então prever possíveis instabilidades do modo de ruptura e interrupções nas linhas do campo magnético que permitem a fuga do plasma com até 300 milissegundos de antecedência durante experimentos de fusão em tempo real.
Com esse alerta precoce, o controlador de IA ajustou os principais parâmetros operacionais, como o formato do plasma e o aquecimento de entrada, para evitar que instabilidades se formassem e interrompessem o plasma.
“ Ao aprender com experimentos anteriores, em vez de incorporar informações de modelos baseados na física, a IA conseguiu desenvolver uma política de controle final que suportasse um regime de plasma estável e de alta potência em tempo real, em um reator real ”, disse o líder da pesquisa, Egemen Kolemen, professor associado em Princeton.
Superando a complexidade com IA
Mesmo com os supercomputadores mais poderosos do mundo, modelar precisamente a dinâmica turbulenta e multiescala do plasma de fusão é complexo. Os pesquisadores reconhecem os desafios de aumentar e generalizar o controlador de IA.
- Campos magnéticos poderosos lutam para conter plasma superaquecido a mais de 100 milhões de graus Celsius em dispositivos tokamak em forma de donut
- Instabilidades que causam perturbações nos campos magnéticos e permitindo que o plasma escape. Isso tem sido um grande obstáculo para atingir a queima de fusão sustentada.
- Imitar condições do mundo real requer códigos computacionais extremamente complexos que rodam lentamente mesmo em supercomputadores avançados.
- Equilibrando a compensação entre precisão e velocidade ao otimizar códigos usando modelos de aprendizado de máquina.
- Integrando vários códigos de física de alta fidelidade e vastos conjuntos de dados experimentais para criar simulações precisas.
- Superando instabilidades como modos localizados em arestas que podem danificar componentes de reatores em reatores comerciais maiores e mais quentes.
Desbloqueando o potencial da fusão alimentada por IA
Apesar dos desafios futuros, os pesquisadores estão otimistas sobre o papel da IA em usinas de fusão comercialmente viáveis para gerar energia limpa em abundância.
“ Eventualmente, pode ser mais do que apenas uma interação unilateral entre cientistas que desenvolvem e implementam esses modelos de IA ”, disse Kolemen. “ Ao estudá-los com mais detalhes, eles podem nos ensinar coisas sobre a física subjacente. ”
Com a IA assumindo um papel cada vez mais proeminente, pesquisadores acham que a IA pode resolver problemas de fusão nuclear. Eles pretendem seguir o caminho para aproveitar o poder feroz da fusão na Terra pode finalmente começar a brilhar mais forte.
Fonte : Engenheiros usam IA para otimizar a energia de fusão para a rede elétrica
