Sfruttare la potenza del sole attraverso la fusione nucleare rappresenta un percorso promettente per ottenere energia pulita e illimitata, sfidando l’attuale panorama del cambiamento climatico e delle fonti di energia rinnovabili.
I ricercatori dell’Università di Princeton e del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti stanno sfruttando l’intelligenza artificiale (AI) per spingere i confini della fusione nucleare, con l’obiettivo di risolvere problemi critici come le instabilità della modalità di lacerazione che compromettono la stabilità del plasma nei reattori di fusione. Con la rapida espansione dell’IA, non sorprende che questa sia presente anche nel campo della fusione nucleare.
Grazie a questo sviluppo, la fusione nucleare si posizionerà come un attore chiave nella transizione globale verso l’efficienza energetica, la riduzione delle emissioni di gas serra e la risposta all’urgente necessità di energia pulita e accessibile. Promette di rappresentare un grande passo avanti verso un’energia sostenibile. Gli scienziati stanno superando ostacoli storici per un futuro in cui le soluzioni energetiche saranno robuste e sostenibili, integrando l’intelligenza artificiale nella ricerca sulla fusione nucleare.
Che cos’è la fusione nucleare?
Secondo la definizione dell’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (AIEA), la fusione nucleare, il processo che alimenta le stelle, incluso il nostro Sole, comporta la combinazione di due nuclei atomici leggeri per formare un nucleo più pesante, rilasciando una notevole quantità di energia nel processo. Questa reazione avviene nel plasma, uno stato della materia costituito da ioni con carica positiva ed elettroni liberi, ed è fondamentale non solo per i fenomeni stellari, ma anche per le potenziali soluzioni energetiche sulla Terra.
Per ottenere la fusione nucleare sulla Terra, è necessario replicare le condizioni che si trovano nelle stelle. Gli scienziati utilizzano i tokamak, dispositivi a forma di ciambella, per contenere e gestire il plasma ultra-caldo con potenti magneti, facilitando reazioni di fusione controllate in condizioni terrestri. Questo processo non solo evidenzia il potenziale della fusione come fonte di energia pulita, ma sottolinea anche le innovazioni tecnologiche che stanno facendo progredire questo campo.
Il ruolo dell’intelligenza artificiale nel superare le barriere della fusione
Controllo e ottimizzazione del plasma guidati dall’intelligenza artificiale
L’applicazione dell’intelligenza artificiale nella ricerca sulla fusione nucleare ha migliorato notevolmente il controllo e l’ottimizzazione del plasma. L’intelligenza artificiale è stata impiegata dagli ingegneri di Princeton per affrontare le instabilità del plasma, in particolare le instabilità di modo ripping, che rappresentano un ostacolo significativo al successo della fusione come fonte di energia pulita. I modelli di intelligenza artificiale sono ora in grado di prevedere le possibili instabilità del plasma fino a 300 millisecondi in anticipo, grazie al loro addestramento basato su dati sperimentali precedenti. Grazie a questa capacità di previsione, i parametri del plasma possono essere regolati per preservare la stabilità necessaria per il successo delle reazioni di fusione.
Migliorare la sicurezza e l’efficienza dei reattori a fusione
L’intelligenza artificiale gioca un ruolo cruciale nel migliorare la sicurezza e l’efficienza complessiva dei reattori a fusione, andando oltre il semplice controllo del plasma. I sistemi di intelligenza artificiale sono in grado di identificare e diagnosticare problemi nei sistemi di fusione nucleare, contribuendo in modo sostanziale alla manutenzione predittiva e migliorando i protocolli di sicurezza. Inoltre, la progettazione dei reattori a fusione, la scelta dei materiali e persino il monitoraggio e il controllo in tempo reale del processo di reazione sono tutti ottimizzati grazie all’uso delle tecnologie di intelligenza artificiale, che migliorano l’efficienza operativa e riducono i costi di manutenzione.
Accelerare la ricerca sulla fusione attraverso le innovazioni dell’IA
L’intelligenza artificiale viene utilizzata nella ricerca sulla fusione nucleare per accelerare lo sviluppo di soluzioni pratiche per l’energia da fusione, oltre che per migliorare la tecnologia esistente. Programmi come “AI for Fusion” dell’AIEA sono progettati per accelerare la ricerca e lo sviluppo (R&S) sulla fusione, fornendo una piattaforma per la collaborazione e la creatività tra le parti interessate. Inoltre, come riporta la CNN, aziende come Tokamak Energy e Commonwealth Fusion Systems stanno utilizzando l’intelligenza artificiale per costruire reattori a fusione piccoli ed economici e per promuovere il miglioramento di componenti cruciali come i superconduttori ad alta temperatura. Questo sforzo di cooperazione tra l’IA e la ricerca sulla fusione apre la strada a un futuro in cui soluzioni energetiche pulite, sostenibili ed efficienti saranno ampiamente disponibili.
Sfide superate e possibilità future
Affrontare le instabilità del plasma e le sfide dei materiali
- Gestione delle instabilità del plasma: le instabilità in modalità di lacerazione sono state un ostacolo significativo, in grado di interrompere le reazioni di fusione in pochi millisecondi. Affrontare queste instabilità è cruciale, poiché diventano più pronunciate a livelli di potenza più elevati nei reattori a fusione.
- Sviluppo dei materiali: l’intenso bombardamento di neutroni generato dalla fusione deuterio-trizio rappresenta una sfida importante. Lo sviluppo di materiali capaci di resistere a tali condizioni è essenziale per il contenimento del combustibile da fusione e per garantire la longevità dei reattori a fusione.
Progressi nei progetti sull’energia da fusione
- Iniziative ITER e STEP: il progetto ITER, il più grande progetto di fusione al mondo situato in Francia, mira a dimostrare una produzione di energia continua simile a quella di una centrale elettrica, generando circa 500 megawatt entro il 2040. Contemporaneamente, si stanno sviluppando progetti più piccoli e innovativi, come il Tokamak sferico per la produzione di energia (STEP), che potrebbero operare accanto a ITER come impianti pilota.
- Risultati record e obiettivi futuri: il Joint European Torus (JET) ha stabilito un record mondiale di produzione di fusione nucleare, dimostrando il potenziale delle tecnologie esistenti. Guardando al futuro, progetti come ITER dovrebbero iniziare a bruciare combustibile da fusione entro il 2035, con l’obiettivo di produrre più energia di quella necessaria per riscaldare il plasma, un traguardo fondamentale per la produzione di energia sostenibile.
Migliorare la ricerca sulla fusione attraverso l’intelligenza artificiale e la collaborazione internazionale
- Integrazione dell’intelligenza artificiale nella ricerca sulla fusione: le tecnologie di intelligenza artificiale vengono impiegate per migliorare l’efficienza delle centrali a fusione nucleare, in particolare ottimizzando la produzione di energia e riducendo gli sprechi. L’intelligenza artificiale contribuisce anche a creare modelli più precisi e a sviluppare metodi di smaltimento più sicuri per le scorie nucleari, migliorando così la sicurezza e l’efficienza complessiva dei reattori a fusione.
- Partnership globali per il progresso della fusione: la cooperazione internazionale è essenziale per la condivisione di dati, competenze e buone pratiche nella fusione nucleare. La recente iniziativa di finanziamento del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti sostiene un progetto volto ad accelerare lo sviluppo dell’energia da fusione, con l’obiettivo di raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050. Questo progetto prevede anche la creazione di una piattaforma olistica di dati sulla fusione, aderente ai principi FAIR e alle raccomandazioni dell’UNESCO sulla scienza aperta, al fine di migliorare l’inclusività e la trasparenza nella ricerca sulla fusione.
Il futuro dell’energia da fusione nucleare
La fusione nucleare rappresenta un passo significativo verso soluzioni energetiche sostenibili e offre la possibilità di produrre energia a basse emissioni di carbonio. Sebbene siano stati fatti molti progressi, gli scienziati prevedono che la generazione di energia da fusione su larga scala non sarà possibile prima del 2050 circa. Ciò indica che, per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione entro la metà del secolo, sarà probabilmente necessaria una combinazione di nuove tecnologie di cattura del carbonio, fissione nucleare e fonti di energia rinnovabili.
L’applicazione dell’intelligenza artificiale nella ricerca sulla fusione nucleare rappresenta un importante passo avanti verso un’energia sostenibile. La fusione nucleare ha il potenziale di rivoluzionare la produzione energetica, la mitigazione dei cambiamenti climatici e la crescita economica. Questo potenziale è accelerato dai progressi nel controllo delle instabilità del plasma e nel miglioramento della sicurezza dei reattori, grazie all’intelligenza artificiale. Questi sviluppi avranno un impatto positivo significativo sull’ambiente e sull’economia, trasformando anche il panorama energetico globale. L’impegno globale nello sviluppo dell’IA e della fusione sottolinea l’importanza di continuare a sostenere queste tecnologie, poiché saranno fondamentali per un futuro sostenibile.
