Software de fusão prevê instabilidade do plasma 200 milissegundos antes

Na DIII-D National Fusion Facility, em San Diego, os seis sistemas de micro-ondas que aquecem um plasma de fusão foram ajustados por software, e não por um operador humano. Num dos cinco testes em tempo real, o PACMAN previu uma instabilidade destrutiva do modo de rasgão 200 milissegundos antes de esta se poder formar e alterou depois as definições do reator suficientemente cedo para evitar por completo a perturbação. Os controladores convencionais só detetam estas disrupções depois de começarem.

PACMAN — abreviatura de Prediction And Control using MAchiNe learning — funciona através de quatro estações sequenciais. Primeiro, recolhe leituras de temperatura, densidade e campos magnéticos, filtra os erros de medição e organiza os dados limpos. Em seguida, os modelos de aprendizagem automática preveem o que o combustível fará imediatamente a seguir. Os controladores transformam essas previsões em comandos para o equipamento, como ativar um feixe de aquecimento, enquanto uma etapa final resolve conflitos, impõe limites rigorosos de segurança do equipamento e encaminha os sinais para o reator.

A plataforma também resolveu um problema de otimização para o qual anteriormente não existia uma fórmula única funcional. Coordenou os seis girótrons, alterando simultaneamente os ângulos dos seus espelhos e a potência dos feixes. Noutros testes, um modelo de aprendizagem por reforço assumiu o controlo total dos sistemas de aquecimento, enquanto o PACMAN previa súbitos picos de energia na periferia do combustível. A estrutura conclui normalmente o seu trabalho em cerca de 20 milissegundos e volta depois a executá-lo repetidamente.

Em termos práticos, isto proporciona aos investigadores de fusão um circuito de controlo suficientemente rápido para acontecimentos que se desenrolam em milésimos de segundo. As simulações tradicionais podem demorar dias ou meses, demasiado tempo para experiências que duram apenas alguns minutos; os modelos de aprendizagem automática produzem previsões em frações de segundo. A estrutura modular do PACMAN também permite aos investigadores substituir um algoritmo em poucos dias sem reconstruir o software envolvente, acelerando potencialmente o trabalho noutras instalações com tokamaks.

O sistema não é um reator autónomo. Os físicos continuam a definir os objetivos experimentais, a ajustar os parâmetros entre descargas e a utilizar limites codificados para evitar danos no equipamento. Os criadores afirmam que a estrutura poderá ser transferida para outros tokamaks e funcionar como uma norma de controlo adaptável para futuros projetos comerciais de fusão, mas estes resultados continuam a ser testes experimentais em condições reais, e não uma implementação comercial.