Una empresa estadounidense está acelerando el camino hacia la energía de fusión práctica mediante el uso de la gran potencia informática de Google.
Al aplicar un software que puede mejorar por sí solo, TAE Technologies ha reducido las tareas que antes tomaban dos meses a solo unas pocas horas.
Google ha prestado a la empresa su experiencia en «aprendizaje automático» para ayudar a acelerar la línea de tiempo para la fusión.
La fusión nuclear promete un abundante suministro de energía baja en carbono, utilizando el mismo proceso que alimenta al Sol.
La energía nuclear existente se basa en la fisión, donde un elemento químico pesado se divide para producir uno más ligero. La fusión nuclear funciona combinando dos elementos ligeros para formar uno más pesado.
Para que la fusión sea económicamente viable, primero debe generar más energía de la que se está inyectando. Pero nadie ha llegado todavía a este punto, a pesar de un esfuerzo de ocho décadas para «construir una estrella en la Tierra». Los desafíos son inmensos, pero algunos en la comunidad de fusión esperan que el nuevo pensamiento y las tecnologías disruptivas puedan ayudar a romper este paradigma.
«Primero quiero entregar fusión, pero cualquiera que lo haga es un héroe», dijo a BBC News el director ejecutivo de TAE, el Dr. Michl Binderbauer.
TAE, ubicada en el frondoso Foothill Ranch, al sureste de Los Ángeles, ha recaudado más de $880 millones en fondos privados, más que cualquier otra empresa de fusión. El respaldo de alto perfil provino de Goldman Sachs, la familia Rockefeller y el difunto Paul Allen, cofundador de Microsoft. Su junta directiva incluye al exsecretario de Energía de EE. UU., Ernest Moniz.
El cilindro de fusión de 30 m (100 pies) de largo de la compañía, llamado C2W «Norman» en honor al fundador de TAE, el físico Norman Rostoker, quien murió en 2014, representa un enfoque diferente al «tokamak» en forma de rosquilla que se usará para el experimento de fusión más grande del mundo. , el proyecto multimillonario ITER.
El control del plasma a decenas de millones de grados requiere un sistema finamente ajustado. La experiencia de Google en aprendizaje automático, donde los algoritmos informáticos mejoran con la experiencia, se ha utilizado para «optimizar» el dispositivo de fusión de TAE.
La optimización, o ajuste para obtener el mejor rendimiento, se lleva a cabo cuando cambia algo en el dispositivo, como cuando se agrega nuevo hardware. Este proceso antes tomaba alrededor de dos meses, pero con el aprendizaje automático, «ahora podemos optimizarlo en fracciones de una tarde», explicó el Dr. Binderbauer.
«La forma en que se ha acelerado el ritmo de aprendizaje es increíble y nos permite hacer cambios mucho más fácilmente». El aprendizaje automático también se utiliza para reconstruir lo que sucede durante un experimento de fusión o «disparo». Se pueden unir múltiples hilos de datos para una comprensión más profunda del proceso.
«Eso es increíblemente denso en computadoras y es un problema que hasta ahora muy pocas personas intentaron atacar», explica el CEO. Él dice que los resultados de la asociación con Google podrían recortar un año del cronograma a más largo plazo de la compañía, que prevé un dispositivo de prueba de fusión comercial para 2030.
La empresa ya ha recorrido un largo camino: Rostoker, profesor de la Universidad de California Irvine, la fundó como Tri-Alpha Energy en 1998. Binderbauer, nacido en Austria, fue uno de los estudiantes de doctorado de Rostoker y se convirtió en director ejecutivo de la empresa hace cuatro años. Los dos físicos eligieron el enfoque de TAE comenzando con los requisitos para una planta de energía de fusión y trabajando hacia atrás.
Mediante el uso de un gas caliente con carga eléctrica llamado plasma, las partículas que se mueven rápidamente pueden fusionarse y liberar energía. El dispositivo «Norman» de 150 millones de dólares hace chocar dos bolas de plasma a velocidades supersónicas dentro del tubo. Los campos magnéticos, en lo que se conoce como Configuración de campo invertido (FRC), se utilizan para controlar el proceso, que ocurre en solo 40 millonésimas de segundo.
Según el profesor Jeremy Chittenden, del Imperial College London, TAE está «haciendo algo muy diferente a lo que hacen los demás». En lugar de depender del calor del plasma para generar partículas de rápido movimiento para la fusión, el dispositivo utiliza haces de partículas externas que se disparan al gas caliente, de forma similar a lo que sucede en un acelerador de partículas. «Esa es tu fuente de fusión», explica.
Los esfuerzos de fusión como ITER utilizarán combustible que consta de deuterio y tritio, dos versiones pesadas del elemento hidrógeno. Esto produce energía a partir de la fusión a decenas de millones de grados C, que todavía está a una temperatura más baja que algunas otras opciones. Sin embargo, hay desventajas: el tritio es radiactivo, desgasta el interior de los reactores de fusión y tiene un suministro finito.
El dispositivo «Norman» alimenta sus reacciones con hidrógeno y deuterio «normales», una opción más benigna, aunque menos potente. Pero estos son buenos sustitutos del combustible al que TAE finalmente quiere pasar: hidrógeno y boro. Esto no produce partículas de neutrones y, por lo tanto, poca radiactividad, lo que hace que las máquinas sean fáciles de reparar y mantener. Pero este combustible también requiere temperaturas extremadamente altas.
C2W «Norman» opera a alrededor de 70 millones de grados C, pero el combustible de hidrógeno-boro requiere que las temperaturas aumenten en un factor de 20-30, a varios miles de millones de grados C. Es un gran desafío: «Las potencias de diez son un gran problema en la ciencia , dice Binderbauer, «¿Podemos llegar al hidrógeno-boro? Estoy muy convencido de que podemos».
El profesor Roddy Vann, físico de plasma de la Universidad de York, Reino Unido, que trabaja en la fusión con tokamaks, dijo: «Aunque hay que conseguir la temperatura correcta, la temperatura, la densidad y el tiempo de confinamiento de la energía tienen que ser suficientemente alto, simultáneamente».
Si bien los neutrones producen algo de radiactividad en la estructura del tokamak, explica, también es su energía la que capturamos en la fusión «convencional» de deuterio-tritio. Sin embargo, dijo el profesor Vann: «Si pudiéramos hacer una fusión neutrónica, y pudiera hacerlo a temperaturas alcanzables, eso sería muy interesante».
El profesor Chittenden explicó: «Debido a que no lo hacen a través del calor, sino a través de la aceleración de partículas, esa desventaja de [hydrogen-boron fuel] disminuye», y agrega: «La ganancia neta a través de la realización de algo como una planta de fusión comercial es potencialmente enorme, porque una gran fracción del costo de una planta de deuterio-tritio es el manejo de los productos radiactivos».
El Dr. Binderbauer dice que el enfoque de TAE también es menos susceptible a la turbulencia, lo que dificulta la capacidad de controlar los plasmas en los tokamaks, y a la fuga de energía de la máquina. De hecho, la tasa de fuga disminuye a medida que aumenta la temperatura en el dispositivo, dice. «A medida que te vuelves más enérgico, el comportamiento se vuelve más manejable, más predecible, más confiable», dice.
Se están planificando dos reactores para seguir a «Norman»: Copérnico y Da Vinci. Un objetivo clave dentro de una década es producir energía neta, donde la salida de la fusión excede la energía suministrada para iniciar las reacciones.
Después de casi 25 años de existencia, TAE ha sido pionera en tecnología con aplicaciones que van más allá de la fusión. Está refinando una técnica llamada terapia de captura de neutrones de boro con miras a su uso en el tratamiento del cáncer. Y ha formado una nueva división para comercializar los sistemas de gestión de energía de su trabajo en C2W «Norman» para su uso en los sectores de almacenamiento de energía y automóviles eléctricos.
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