Software di fusione prevede l’instabilità del plasma 200 millisecondi prima

Presso la DIII-D National Fusion Facility di San Diego, i sei sistemi a microonde che riscaldano un plasma di fusione sono stati regolati da un software anziché da un operatore umano. In uno dei cinque test dal vivo, PACMAN ha previsto un’instabilità distruttiva di tipo tearing 200 millisecondi prima che potesse formarsi, modificando poi in anticipo le impostazioni del reattore e riuscendo così a impedire del tutto la perturbazione. I controller standard rilevano queste interruzioni solo dopo che sono iniziate.

PACMAN — acronimo di Prediction And Control using apprendimento automatico — funziona attraverso quattro stazioni sequenziali. Prima raccoglie misurazioni di temperatura, densità e campi magnetici, elimina gli errori di misura e organizza i dati ripuliti. I modelli di apprendimento automatico prevedono quindi cosa farà subito dopo il combustibile. I controller trasformano queste previsioni in comandi hardware, come l’attivazione di un fascio di riscaldamento, mentre una fase finale risolve i conflitti, impone rigorosi limiti di sicurezza per le apparecchiature e instrada i segnali verso il reattore.

La piattaforma ha inoltre affrontato un problema di ottimizzazione per il quale in precedenza non esisteva una formula unica funzionante. Ha coordinato tutti e sei i girotroni, modificando contemporaneamente gli angoli degli specchi e la potenza dei fasci. In altre prove, un modello di apprendimento per rinforzo ha assunto il pieno controllo dei sistemi di riscaldamento, mentre PACMAN prevedeva improvvisi impulsi di energia al bordo del combustibile. Il sistema completa in genere il proprio lavoro in circa 20 millisecondi, per poi ripetere il ciclo ininterrottamente.

In termini pratici, questo offre ai ricercatori della fusione un ciclo di controllo abbastanza rapido per eventi che si sviluppano nel giro di millesimi di secondo. Le simulazioni tradizionali possono richiedere giorni o mesi, un tempo eccessivo per esperimenti che durano appena pochi minuti; i modelli di apprendimento automatico producono previsioni in frazioni di secondo. La struttura modulare di PACMAN consente inoltre ai ricercatori di sostituire un algoritmo in pochi giorni senza ricostruire il software circostante, accelerando potenzialmente il lavoro in altri impianti tokamak.

Il sistema non è un reattore autonomo. I fisici continuano a fissare gli obiettivi degli esperimenti, a regolare i parametri tra una scarica e l’altra e a usare limiti codificati per prevenire danni alle apparecchiature. I suoi creatori affermano che il sistema potrebbe essere trasferito ad altri tokamak e fungere da standard di controllo adattabile per i futuri progetti commerciali di fusione, ma questi risultati restano test sperimentali dal vivo e non costituiscono ancora un’applicazione commerciale.