Ícone do site HypeScience

IA controla com sucesso o plasma no experimento de fusão nuclear!

fusao nuclear plasma tokamak

Plasma dentro do reator Tokamak (Curdin Wüthrich/SPC/EPFL)

Alcançar fusão nuclear com sucesso a vem com a promessa de fornecer energia limpa de forma ilimitada e sustentável, mas só podemos realizar esse sonho incrível se pudermos dominar a física complexa que ocorre dentro de um reator.

Por décadas, cientistas chegando cada vez mais perto desse objetivo, mas muitos desafios ainda permanecem. Um dos principais obstáculos é controlar com sucesso o plasma instável e superaquecido no reator; mas uma nova abordagem revela como podemos fazer isso.

Em uma colaboração do Centro Suíço de Plasma (SPC) da EPFL e da empresa de pesquisa de inteligência artificial (IA) DeepMind, os cientistas usaram um sistema de aprendizado de reforço profundo (AR) para estudar as nuances do comportamento e controle do plasma dentro de um tokamak de fusão — um dispositivo que usa uma série de bobinas magnéticas ao redor do reator para controlar e manipular o plasma dentro dele.

Não é uma performance de equilíbrio simples, pois as bobinas exigem uma enorme quantidade de ajustes sutis de tensão, até milhares de vezes por segundo, para manter com sucesso o plasma confinado em campos magnéticos.

Modelo 3D do vaso de vácuo TCV. (DeepMind/SPC/EPFL)

Assim, para sustentar as reações de fusão nuclear — que envolve manter o plasma estável a centenas de milhões de graus Celsius, mais quente que o núcleo do Sol — são necessários sistemas complexos e multicamadas para gerenciar as bobinas.

Em um novo estudo, no entanto, os pesquisadores mostram que um único sistema de IA pode supervisionar a tarefa sozinho.

“Usando uma arquitetura de aprendizado que combina AR profundo e um ambiente simulado, produzimos controladores que podem manter o plasma estável e ser usados ​​para esculpi-lo com precisão em diferentes formas”, explica a equipe em uma postagem no blog da DeepMind.

Para realizar a façanha, os pesquisadores treinaram seu sistema de IA em um simulador tokamak, no qual o sistema de aprendizado de máquina descobriu por tentativa e erro como navegar pelas complexidades do confinamento magnético do plasma.

Após seu treinamento, a IA passou para o próximo nível – aplicando no mundo real o que havia aprendido no simulador.

Visualização de formas controladas de plasma. (DeepMind/SPC/EPFL)

Ao controlar o tokamak de configuração variável do SPC (TCV), o sistema AR esculpiu o plasma em uma variedade de formas diferentes dentro do reator, incluindo uma que nunca havia sido vista no TCV: estabilizando ‘gotículas’ onde dois plasmas coexistiam simultaneamente dentro o dispositivo.

Além das formas convencionais, a IA também pode produzir configurações avançadas, esculpindo o plasma em configurações de ‘triangularidade negativa’ e ‘floco de neve’.

Cada uma dessas manifestações possui diferentes tipos de potencial para a absorção de energia no futuro, se pudermos manter as reações de fusão nuclear. Uma das configurações controladas pelo sistema aqui, a ‘forma semelhante ao ITER’ (ITER-like shape, na imagem acima), pode ser particularmente promissora para estudos futuros pelo Reator Experimental Termonuclear Internacional (ITER) – o maior experimento de fusão nuclear do mundo, atualmente em construção na França.

De acordo com os pesquisadores, o domínio magnético dessas formações de plasma representa “um dos sistemas do mundo real mais desafiadores aos quais o aprendizado por reforço foi aplicado” e pode estabelecer uma nova direção radical em como os tokamaks do mundo real são projetados.

De fato, alguns sugerem que o que estamos presencialdo aqui vai alterar fundamentalmente o futuro dos sistemas avançados de controle de plasma em reatores de fusão.

“Esta IA é, na minha opinião, o único caminho a seguir”, disse o físico Gianluca Sarri, da Queen’s University Belfast, que não estava envolvido no estudo, à New Scientist .

“Existem tantas variáveis, e uma pequena alteração … pode causar uma grande mudança no resultado final. Se tentássemos fazer isso manualmente, seria um processo muito demorado.”

As descobertas são foram relatadas na revista científica Nature.

Sair da versão mobile