A la fusión nuclear le ha salido un aliado muy valioso para resolver la complejísima estabilización del plasma

A la fusión nuclear le ha salido un aliado muy valioso para resolver la complejísima estabilización del plasma
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La fusión nuclear no deja de sumar éxitos en su camino hacia su explotación comercial. Aún queda mucho trabajo por hacer para que llegue a nuestras casas electricidad generada en un reactor de fusión, y los investigadores e ingenieros que trabajan en esta área son los primeros en reconocerlo, pero es incuestionable que durante los últimos veinte años esta tecnología se está desarrollando a un ritmo trepidante.

Las innovaciones relevantes se suceden casi de forma constante, pero este ritmo de desarrollo no es fruto del azar; es el resultado del esfuerzo conjunto que están haciendo algunas de las principales instituciones de investigación del planeta, y también los países con un mayor desarrollo técnico y científico.

El itinerario fijado por EUROfusion, que es el consorcio internacional que se responsabiliza de la puesta a punto de ITER, prevé que si todo sigue su curso la fusión nuclear comercial llegará en la década de los 60. Sin embargo, para alcanzar este importantísimo hito es necesario resolver varios desafíos, y uno de los más complejos consiste en encontrar la forma de controlar con precisión el plasma para estabilizarlo y sostener la reacción a lo largo del tiempo.

El aprendizaje profundo, una herramienta esencial en la ciencia de la fusión nuclear

ITER, el reactor de fusión experimental que un consorcio internacional está construyendo en la localidad francesa de Cadarache, es un reactor de fusión nuclear mediante confinamiento magnético de tipo tokamak. Su propósito es demostrar la viabilidad y la rentabilidad de esta forma de generación de energía, y su estrategia para obtenerla consiste en fusionar los núcleos de deuterio y tritio que conforman un gas a 150 millones de grados Celsius.

Alcanzar esa temperatura es imprescindible porque de esta forma los núcleos ionizados de deuterio y tritio adquieren la energía cinética necesaria para vencer su repulsión eléctrica natural y fusionarse. Sin embargo, lidiar con un plasma a una temperatura tan alta es muy complejo.

En los reactores de confinamiento magnético un sofisticado sistema de imanes de altísima potencia se responsabiliza de confinar este combustible ionizado a altísima temperatura para evitar que entre en contacto con las paredes de la cámara de vacío. Si lo hiciese, las degradaría, y sería imposible sostener la reacción de fusión durante más tiempo. El problema es que el plasma está sometido a unas turbulencias que se originan de forma natural y son especialmente intensas en la capa más externa de este gas.

Es imprescindible entender cómo se comporta el plasma a 150 millones de grados Celsius para conseguir estabilizarlo

Entender cómo se comporta el plasma cuando se inician los procesos de fusión nuclear es esencial en el camino hacia una solución que nos permita controlarlo con precisión, y, por tanto, estabilizarlo. Hace pocas semanas un grupo de investigadores del MIT elaboró un modelo de turbulencias capaz de predecir su comportamiento, y, curiosamente, una pieza esencial de este modelo matemático es el aprendizaje profundo. No obstante, estos no son los únicos científicos que han optado por esta estrategia.

Y es que otro grupo de investigadores acaba de publicar en Nature un interesantísimo artículo en el que describe con todo lujo de detalles un complejo sistema de control magnético que persigue, precisamente, controlar el plasma con una precisión, según sus pruebas, inédita. No es necesario que indaguemos en los detalles más complejos de su propuesta, pero nos interesa saber que su enfoque consiste en monitorizar en tiempo real las fluctuaciones del plasma para actuar sobre él con mucha rapidez y conferirle la forma, la posición y la corriente óptimas.

Modeloarquitecturafusionnuclear
Fuente: Nature

En realidad, esta estrategia no es nueva. Los técnicos involucrados en el desarrollo de la fusión nuclear mediante confinamiento magnético llevan muchos años trabajando en ella. La que sí es nueva es la forma en que estos investigadores proponen resolver este desafío. En la imagen que publicamos encima de estas líneas podemos ver con todo detalle la arquitectura del sistema de control magnético que han diseñado para actuar en tiempo real sobre el plasma a altísima temperatura.

Lo que hace diferente a este sistema de control magnético es que ha sido diseñado utilizando algoritmos de aprendizaje reforzado

Es evidente que los elementos físicos de un sistema de control magnético como este son muy importantes; sin embargo, y aquí reside la originalidad de esta solución, lo que la hace diferente de otras arquitecturas de control es que ha sido diseñada utilizando algoritmos de aprendizaje reforzado. Esta área del aprendizaje automático se utiliza en muchas otras disciplinas técnicas y científicas para resolver problemas de optimización, pero es la primera vez que se emplea para diseñar el sistema de control magnético de un reactor de fusión nuclear.

Los investigadores que han abordado este enfoque aseguran en su artículo que su diseño reduce sensiblemente la complejidad del sistema de control magnético. No obstante, lo más prometedor es que lo han puesto a prueba, al parecer con mucho éxito, en TCV (Tokamak à configuration variable), que es un reactor tokamak de fusión nuclear para investigación alojado en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza).

Lo que hace tan atractivo este reactor mediante confinamiento magnético para los investigadores es que permite estudiar plasmas con distintas configuraciones geométricas. Esto es importante porque la forma de este gas condiciona profundamente el rendimiento del reactor de fusión. Y, según estos investigadores, su sistema de control magnético ha conseguido monitorizar el comportamiento del plasma, actuar sobre su forma en tiempo real y estabilizarlo con éxito. Suena realmente bien.

Sus conclusiones son muy emocionantes: 'El control magnético de un reactor tokamak es uno de los escenarios más complejos en los que se ha utilizado el aprendizaje reforzado. Esta es una nueva y muy prometedora forma de abordar el diseño de los sistemas de control magnético, y tiene el potencial de acelerar la ciencia de la fusión nuclear y de contribuir al desarrollo de futuros reactores tokamak'. Parece razonable aceptar que esta tecnología podría resultar valiosa cuando arranquen en ITER las pruebas de alta potencia con deuterio y tritio. Crucemos los dedos para que sea así.

Imagen de portada | ITER

Más información | Nature

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