Fotografía del tokamak OESTE del ITER (no es el dispositivo mencionado en el artículo). Crédito: ITER
«Lo que hemos hecho aquí es el comienzo de lo que aún es un largo camino».
Utilizando una combinación de física y aprendizaje automático, los investigadores predijeron cómo se comportaría el plasma dentro de un reactor tokamak dado un conjunto de condiciones iniciales.
por Gayoung Lee
Un equipo de investigadores del MIT cree haber reducido una de las principales barreras para lograr la fusión nuclear a gran escala, acercándonos un paso más a hacer realidad una forma abundante de energía.
Al aprovechar los mismos procesos que alimentan las estrellas, tendríamos acceso a una fuente de energía limpia, segura y prácticamente ilimitada. Los científicos han construido reactores para intentar controlar la fusión, siendo uno de los más explorados el tokamak. En esencia, un tubo con forma de rosquilla que utiliza potentes imanes para confinar el plasma necesario para impulsar las reacciones de fusión, el tokamak ha demostrado un gran potencial. Pero para comprenderlo plenamente, los científicos primero deben abordar los posibles riesgos que conlleva dicha energía, incluyendo cómo ralentizar una reacción de fusión una vez en curso.
Aquí es donde entra en juego la nueva investigación : combinando física y aprendizaje automático, los investigadores predijeron cómo se comportaría el plasma dentro de un reactor tokamak dadas unas condiciones iniciales, algo que los investigadores han desconcertado durante mucho tiempo (después de todo, es difícil observar el interior de un reactor de fusión a mitad de su funcionamiento). El artículo se publicó el lunes en Nature Communications.
“Para que la fusión sea una fuente de energía útil, debe ser fiable”, declaró a MIT News Allen Wang, autor principal del estudio y estudiante de posgrado del MIT . “Para que sea fiable, necesitamos mejorar la gestión de nuestros plasmas”.
Un gran poder conlleva grandes riesgos
Cuando un reactor tokamak está a pleno rendimiento, la corriente de plasma en su interior puede circular a velocidades de hasta 100 kilómetros por segundo y a temperaturas de 100 millones de grados Celsius. Esta temperatura es superior a la del núcleo solar.
Si el reactor debe apagarse por cualquier motivo, los operadores inician un proceso para reducir gradualmente la corriente de plasma, desenergizándolo gradualmente. Sin embargo, este proceso es complejo, y el plasma puede causar raspaduras y cicatrices en el interior del tokamak, daños menores cuya reparación requiere un tiempo y recursos considerables, explicaron los investigadores.
“Las terminaciones de plasma incontroladas, incluso durante la rampdown, pueden generar intensos flujos de calor que dañan las paredes internas”, explicó Wang. “Con frecuencia, especialmente con los plasmas de alto rendimiento, las rampdowns pueden llevar el plasma a límites de inestabilidad. Por lo tanto, se trata de un equilibrio delicado.
De hecho, cualquier error en la operación de los reactores de fusión puede ser costoso. En un mundo ideal, los investigadores podrían realizar pruebas en tokamaks en funcionamiento, pero como la fusión aún no es eficiente, operar uno de estos reactores es increíblemente costoso, y la mayoría de las instalaciones solo los ponen en funcionamiento unas pocas veces al año.
Mirando hacia la sabiduría de la física
Para su modelo, el equipo encontró un método ingenioso para superar las limitaciones de la recopilación de datos: simplemente recurrieron a las reglas fundamentales de la física. Emparejaron la red neuronal de su modelo con otro modelo que describía la dinámica del plasma y luego entrenaron el modelo con datos del TCV, un pequeño dispositivo de fusión experimental en Suiza. El conjunto de datos incluía información sobre las variaciones en la temperatura inicial y los niveles de energía del plasma, así como durante y al final de cada ciclo experimental.
A partir de ahí, el equipo utilizó un algoritmo para generar “trayectorias” que indicaban a los operadores del reactor cómo se comportaría probablemente el plasma a medida que progresaba la reacción. Al aplicar el algoritmo a ejecuciones reales de TCV, descubrieron que seguir las instrucciones de “trayectoria” del modelo era perfectamente posible para guiar a los operadores a reducir la velocidad del dispositivo de forma segura.
“Lo hicimos varias veces”, dijo Wang. “Y lo hicimos mucho mejor en general. Así que teníamos la confianza estadística de que habíamos mejorado”.
“Estamos intentando abordar las cuestiones científicas para que la fusión sea útil de forma rutinaria”, añadió. “Lo que hemos hecho aquí es el comienzo de lo que aún es un largo camino. Pero creo que hemos logrado un buen progreso”.
Fuente: https://gizmodo.com/scientists-just-took-a-giant-step-toward-scaling-up-nuclear-fusion-2000670389