Dall'EPFL EPFL: fusione nucleare, plasma nel reattore controllato con AI

Ricercatori dell'EPFL e dell'azienda inglese DeepMind hanno sviluppato un algoritmo basato sull'intelligenza artificiale (AI) in grado di controllare il plasma – uno stato della materia a temperature di milioni di gradi – in un reattore di fusione nucleare.

Gli studiosi del Politecnico federale di Losanna (EPFL) e della società specializzata nell'AI controllata da Alphabet (la casa madre di Google) auspicano che la scoperta, pubblicata oggi sulla prestigiosa rivista Nature, permetta di massimizzare la produzione di energia elettrica in ancora ipotetiche centrali del futuro basate sul principio della fusione nucleare.

Molti esperti sperano che quest'ultima costituirà una fonte di energia pulita. Nella fusione nucleare, gli atomi di idrogeno si fondono, proprio come accade nelle stelle.

Un plasma di idrogeno viene riscaldato a più di cento milioni di gradi: a queste temperature la repulsione di tipo elettrico, che generalmente tiene lontane le particelle, svanisce, e i nuclei degli atomi di idrogeno si fondono per formarne uno più pesante, di elio. Nel processo vengono rilasciate enormi quantità di energia.

Controllo mirato con campi magnetici

Un ostacolo da superare per l'utilizzo di questa fonte di energia è l'obbligatorio confinamento del plasma che, grazie a enormi campi magnetici, deve essere tenuto in sospensione nella camera di combustione senza contatto con le pareti. Se le toccasse, si raffredderebbe istantaneamente.

Gli scienziati dell'EPFL e di DeepMind hanno fatto un passo avanti proprio nel controllo del plasma. Hanno sviluppato e testato un algoritmo di autoapprendimento in grado di controllare le bobine magnetiche per produrre una varietà di configurazioni del plasma. L'algoritmo è stato addestrato e testato nel reattore sperimentale a fusione nucleare tokamak del centro dell'EPFL per la ricerca sul plasma.

Plasma a fiocco di neve

Come riferiscono i ricercatori, l'algoritmo ha controllato i campi magnetici in modo tale da poter creare non solo forme di plasma convenzionali (allungate), ma anche quelle che assomigliano a triangoli e quelle fantasiosamente chiamate fiocco di neve (snowflake). È anche stato possibile mantenere simultaneamente due plasmi separati e in sospensione. Questo risultato non era mai stato raggiunto prima nel reattore tokamak di Losanna, ha riferito a Keystone-ATS il ricercatore dell'EPFL Federico Felici, uno degli autori principali dello studio.

Stando a un comunicato di DeepMind, l'approccio messo a punto aiuterà a «migliorare il modo in cui progettare e far funzionare i futuri reattori a fusione», massimizzandone le prestazioni.

Thomas Sunn Pedersen, dell'Istituto Max Planck per la fisica del plasma, che ha sede in Germania e non ha partecipato alla ricerca, interrogato da Keystone-ATS, è del parere che i risultati degli studiosi elvetico-britannici aprano la porta all'apprendimento automatico (in italiano si usa anche l'espressione inglese machine learning) quale metodo per «accelerare significativamente lo sviluppo dell'energia da fusione per l'umanità».

A suo avviso la pubblicazione su Nature rappresenta una «vera svolta nell'applicazione dell'apprendimento automatico nel contesto della fusione». L'approccio offre la possibilità di fare calcoli complicati molto più velocemente, in modo da poter essere utilizzato per il controllo in tempo reale di attuali esperimenti.

Fonte di energia inesauribile?

Proprio la settimana scorsa, i fisici hanno stabilito un record mondiale di energia prodotta presso il reattore sperimentale europeo Joint European Torus (Jet), nell'Oxfordshire (GB): hanno generato energia pari a 59 megajoule durante un impulso di plasma durato ben cinque secondi. Il record fino ad allora era di 21,7 megajoule.

Attualmente nel sud della Francia è in costruzione il reattore sperimentale Iter, basato sul principio dei reattori tokamak. Ha lo scopo di dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica dell'energia di fusione.

I suoi sostenitori sperano che la fusione nucleare fornisca una fonte di energia disponibile quasi all'infinito senza emissioni dannose per il clima e senza rischio di fusione del nocciolo, come avvenuto in centrali nucleari che funzionano secondo il principio della fissione (in cui il nucleo atomico di un elemento chimico pesante decade in nuclei di atomi più piccoli, con emissione di una grande quantità di energia e radioattività).

Per i critici, invece, Iter è semplicemente troppo costoso e l'energia dalla fusione nucleare sarà comunque disponibile troppo tardi per fronteggiare i mutamenti climatici.

Felici, dell'EPFL, conferma che la fusione nucleare sarà disponibile troppo tardi nel contesto degli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2. In questo senso, la priorità dovrebbe andare alle energie rinnovabili. Ma la fusione «ha il potenziale per coprire una fornitura di base di elettricità nella seconda metà del XXI secolo, permettendo, a lungo termine, di chiudere tutte le centrali fossili e a fissione nucleare».