Un nuevo estudio conducido por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) apunta a resolver una de las grandes dificultades que plantean los reactores de fusión nuclear. El avance combina modelos físicos con la utilización de aprendizaje automático computacional para facilitar la labor de los operadores, pues así se podría predecir el comportamiento del plasma durante las maniobras de control si se conocen las condiciones iniciales.

La fusión nuclear es la alternativa predilecta de la comunidad científica para la producción de electricidad. Este mecanismo busca imitar los procesos que se originan en el Sol para generar colosales cantidades de energía y su principal atractivo es que, de lograrse una instalación que permita controlar la reacción de fusión a gran escala, estaríamos en presencia de una fuente inagotable de energía .

¿Qué desafíos enfrentan los expertos para construir reactores de fusión?

A diferencia de la fisión nuclear, la fusión involucra isótopos (deuterio y tritio) de un elemento químico que se encuentra prácticamente en todo el planeta , el hidrógeno. Para que la fusión ocurra, se necesita acelerar los átomos de deuterio y tritio hasta que alcancen una temperatura del orden de los 100 millones de grados Celsius , donde la materia se encuentra en un estado llamado plasma. Lograr estas condiciones de una manera sustentable sigue siendo un problema para los expertos; todavía no existen reactores de fusión nuclear creados por el hombre  para generar electricidad a gran escala.

La instalación referente de la fusión nuclear es el tokamak, inventado por los soviéticos en la década de los 50 del siglo pasado. En esta máquina con forma de dona (toroide) es posible confinar los núcleos atómicos en trayectorias circulares utilizando campos magnéticos. De esta manera el plasma a elevadas temperaturas no toca las paredes del equipo.

Como parte de las operaciones normales de un tokamak, se realizan apagados controlados que involucran la disminución de la corriente toroidal, la temperatura y la concentración de los átomos. Dichos procesos deben ejecutarse con precisión, puesto que los cambios de los parámetros pueden generar inestabilidades en el plasma , haciendo que dañe la estructura del complejo. Esta es una de las problemáticas más desafiantes para conseguir instalaciones de fusión nuclear que funcionen durante largos períodos de tiempo.

Desarrollo de la investigación

En este contexto, especialistas del MIT han desarrollado un método para predecir cómo se comportará el plasma en un tokamak durante una reducción gradual. Los investigadores entrenaron y probaron el nuevo modelo con datos de plasma de un tokamak experimental en Suiza. El método alcanzó un alto nivel de precisión y rapidez en el aprendizaje, utilizando una cantidad relativamente pequeña de datos.

Los resultados son muy alentadores, dado que cada prueba experimental de un tokamak es costosa y, como resultado, los datos de calidad son limitados . Los científicos también desarrollaron un algoritmo para traducir las predicciones del modelo en trayectorias prácticas, o instrucciones de gestión del plasma que un controlador de tokamak puede llevar a cabo automáticamente para, por ejemplo, ajustar los imanes o la temperatura y mantener la estabilidad del plasma.

"Las terminaciones incontroladas del plasma, incluso durante la reducción gradual, pueden generar intensos flujos de calor que dañan las paredes internas", explica Allen Wang, jefe de la investigación. "Actualmente se está prestando mucha atención a cómo gestionar las inestabilidades para poder utilizar estos plasmas de forma rutinaria y fiable y apagarlos de forma segura. Sin embargo, se han realizado relativamente pocos estudios sobre cómo hacerlo bien ", agregó.

Sobre las perspectivas del modelo, Wang comentó: "Estamos tratando de abordar las cuestiones científicas para que la fusión sea útil de forma habitual. Lo que hemos hecho aquí es solo el comienzo de un largo camino. Pero creo que hemos logrado avances importantes".