La inteligencia artificial detecta un mal funcionamiento en el reactor de fusión 200 milisegundos antes

La fusión nuclear tiene como objetivo producir energía como lo hace el sol: fusionando núcleos atómicos ligeros. Para que esto suceda, un gas formado por isótopos de hidrógeno debe alcanzar temperaturas que superen las del núcleo del sol. En estas condiciones, la materia existe como plasma, un estado de carga eléctrica que ningún recipiente de material podría contener. En un sistema tipo tokamak, fuertes campos magnéticos mantienen el plasma suspendido en una cámara en forma de anillo. Para que se produzca la reacción, este plasma debe permanecer caliente, denso y estable, lo que requiere una intervención constante en los sistemas de calefacción, imanes y entradas de gas. Pequeñas perturbaciones pueden aumentar en milisegundos e interrumpir toda la descarga.

Es precisamente esta escala de tiempo el problema. Incluso una persona altamente concentrada reacciona en segundos, y las complejas simulaciones por computadora que pueden usarse para calcular físicamente el comportamiento del plasma requieren días o meses de tiempo de computación. Esto es útil para prepararse para el siguiente experimento, pero no sirve para controlar durante un experimento que a menudo dura sólo unos minutos. Luego, un equipo del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton y la Universidad de Princeton desarrolló un marco de software que transmite decisiones en milisegundos a modelos de aprendizaje automático mientras los humanos continúan estableciendo objetivos. El nombre del desarrollo es PACMAN, formado a partir de los términos en inglés que significan predicción y control mediante aprendizaje automático.

Un ciclo de control cada 20 milisegundos

El sistema opera en un ciclo continuo. Recopila datos en tiempo real sobre temperatura, densidad del plasma y señales magnéticas, permite que los modelos evalúen qué está haciendo el plasma actualmente y qué hará en los próximos momentos, y luego envía comandos a los distintos sistemas de la planta. Según los investigadores, un ciclo completo dura unos 20 milisegundos y se repite durante toda la descarga. El proceso fue probado en las instalaciones de fusión DIII-D en San Diego en cinco experimentos diferentes, según informó el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton. En uno de los experimentos, un modelo entrenado mediante aprendizaje por refuerzo tomó el control total de los sistemas de calefacción.

La interrupción esperada nunca ocurrió

El descubrimiento más impresionante se refiere a una inestabilidad que los expertos llaman modo de desgarro, en la que la estructura del campo magnético en el plasma se desgarra. Los controladores convencionales sólo pueden detectar una perturbación de este tipo cuando ya ha comenzado y su supresión suele provocar pérdidas importantes de rendimiento. En el experimento, un modelo predijo esta alteración con unos 200 milisegundos de antelación, de modo que el plasma pudiera remodelarse con el tiempo y no se produjera la inestabilidad. Además, el sistema controlaba simultáneamente los seis calentadores de microondas del sistema, realineando sus espejos y ajustando continuamente su potencia. Hasta ahora no existía ningún método que pudiera encontrar una solución óptima para esta tarea.

Porque la gente sigue estableciendo metas

Lo que llama la atención en el diseño es la clara división de tareas. Los modelos deciden cómo se logra un objetivo, pero no qué objetivo aplicar, y el marco obliga a la instalación a mantenerse dentro de sus límites técnicos, independientemente de lo que sugiera el modelo. Esta instalación no es una concesión para aquellos que tienen preocupaciones, sino más bien un requisito previo para su funcionamiento, porque los sistemas de fusión son piezas individuales costosas, cuyo daño significa meses de inactividad. Esto distingue el enfoque de los sistemas puramente basados ​​en datos y lo acerca al pensamiento de control que ya domina la investigación sobre la fusión, como también puede verse en los avances en los que la fusión nuclear japonesa mantuvo el plasma estable durante casi una hora.

Lo que aún falta en la central eléctrica

Los resultados se refieren a un experimento de investigación, no a una central eléctrica. DIII-D no genera electricidad, las descargas duran de segundos a minutos y en un sistema futuro habría un estrés adicional por la radiación de neutrones y el funcionamiento continuo que los controles actuales desconocen. Tampoco está claro cómo se pueden transferir modelos bien entrenados a otras máquinas, porque cada plasma se comporta de manera diferente en su respectiva geometría. Por ello, los investigadores ven su estructura como un kit de construcción en el que se pueden intercambiar y combinar diferentes modelos. Teniendo en cuenta las sumas invertidas actualmente en esta tecnología, incluidos 411 millones de euros para la fusión nuclear alemana, la cuestión del control automático pronto adquirirá mayor importancia. Porque una central eléctrica que sólo necesitaba tiempo de reacción humana no podría funcionar en la situación actual.