Un uso combinado de supercomputadoras y aprendizaje automático ha logrado simulaciones para modelar el plasma que se producirá en el reactor internacional de fusión fría ITER.
Estas pruebas permiten concluir que la operación del ITER, que se construye en Francia, «podría ser más fácil de lo que se pensaba inicialmente», según los científicos.
Para garantizar el éxito de los dispositivos de fusión futuros, como ITER, los científicos pueden tomar datos de experimentos realizados en dispositivos de fusión más pequeños y combinarlos con simulaciones informáticas masivas para comprender los requisitos de las nuevas máquinas. ITER será el tokamak más grande del mundo, o dispositivo que utiliza campos magnéticos para confinar partículas de plasma en forma de rosquilla en su interior, y producirá 500 megavatios (MW) de energía de fusión a partir de solo 50 MW de potencia de calentamiento de entrada.
Uno de los requisitos más importantes para los reactores de fusión es el desviador de tokamak, una estructura de material diseñada para eliminar el calor de escape de la vasija de vacío del reactor. El ancho de carga de calor del desviador es el ancho a lo largo de las paredes internas del reactor que sostendrá repetidas partículas de escape calientes que entren en contacto con él.
Un equipo dirigido por CS Chang en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) ha utilizado las supercomputadoras Theta de 200 petaflop de Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF) y las de Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) de 11,7 petaflop, junto con un programa de aprendizaje automático supervisado llamado Eureqa, para encontrar una nueva fórmula de extrapolación de los datos de tokamak existentes al ITER futuro basada en simulaciones de su código computacional XGC para modelar plasmas de tokamak.
Luego, el equipo completó nuevas simulaciones que confirman las anteriores, que mostraron que a plena potencia, el ancho de carga térmica del desviador del ITER sería más de seis veces más ancho de lo esperado en la tendencia actual de los tokamaks. Los resultados se publicaron en Physics of Plasmas.
«Al construir cualquier reactor de fusión en el futuro, predecir el ancho de la carga de calor será fundamental para garantizar que el material desviador mantenga su integridad cuando se enfrente a este calor de escape», dijo Chang en un comunicado.
«Cuando el material desviador pierde su integridad, las partículas metálicas pulverizadas contaminan el plasma y detienen la combustión o incluso provocan una inestabilidad repentina. Estas simulaciones nos dan la esperanza de que la operación del ITER podría ser más fácil de lo que se pensaba inicialmente».
Usando Eureqa, el equipo encontró parámetros ocultos que proporcionaron una nueva fórmula que no solo se ajusta al aumento drástico predicho para el ancho de carga de calor del ITER a máxima potencia, sino que también produjo los mismos resultados que los datos experimentales y de simulación anteriores para los tokamaks existentes.
Entre los dispositivos incluidos recientemente en el estudio se encuentran el Alcator C-Mod, un tokamak del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) que ostenta el récord de presión de plasma en un dispositivo de fusión confinado magnéticamente, y el tokamak existente más grande del mundo, el JET ( Joint European Torus) en el Reino Unido.
«Si esta fórmula se valida experimentalmente, será enorme para la comunidad de la fusión y para garantizar que el desviador del ITER pueda acomodar el escape de calor del plasma sin demasiadas complicaciones», dijo Chang.
