La IA ya está cambiando las reglas de la fusión nuclear. Palabra de los ingenieros de ITER

Esta no es la primera vez que os hablamos de la alianza entre la fusión nuclear y la inteligencia artificial (IA). En enero de 2022 os contamos que un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en EEUU, había elaborado un modelo de turbulencias utilizando algoritmos de aprendizaje profundo. Gracias a esta estrategia estaban pudiendo poner a prueba su modelo y evaluando su capacidad predictiva con mucha eficacia.

Su plan en aquel momento consistía en utilizar esta tecnología para entender con la máxima precisión posible cómo se comporta el plasma en el interior de la cámara de vacío del reactor de fusión nuclear. El plasma no es otra cosa que el gas extremadamente caliente que contiene los núcleos de deuterio y tritio involucrados en la reacción de fusión, y comprender su dinámica es fundamental para que la energía de fusión comercial llegue a buen puerto.

En cualquier caso, en esta ocasión es F4E (Fusion for Energy), la organización de la Unión Europea que coordina la contribución de Europa al desarrollo de ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), quien nos habla del rol que tiene la inteligencia artificial en el desarrollo de la energía de fusión. Varios expertos de F4E, algunos de ellos españoles, como María Ortiz de Zúñiga o Cristian Casanova, han trabajado durante más de dos años en el ámbito de la IA para identificar qué puede aportar a la ingeniería nuclear. Y sí, ya está marcando la diferencia.

La IA ya tiene un impacto muy profundo en el ensamblaje de la cámara de vacío de ITER

La cámara de vacío es el auténtico corazón de este reactor de fusión nuclear. Este recinto de 8.000 toneladas está fabricado en acero inoxidable, aunque en su composición también hay una pequeña cantidad de boro (alrededor de un 2%). En su interior tiene lugar la fusión de los núcleos de deuterio y tritio, por lo que una de sus funciones más importantes es actuar como primera barrera de contención de la radiación residual que podría no ser retenida por el manto (blanket).

La cámara de vacío está herméticamente sellada y su interior preserva el alto vacío necesario para que se produzca la fusión de los núcleos del plasma. Su forma toroidal contribuye a la estabilización del gas, de manera que los núcleos giran a mucha velocidad alrededor del hueco central de la cámara, pero sin tocar en ningún momento las paredes del toro. Por otro lado, la temperatura a la que está sometida esta cámara es muy alta, por lo que es necesario introducir agua en circulación en un compartimento alojado entre sus paredes interna y externa para refrigerarla y evitar que alcance su umbral máximo de temperatura.

Ya sabemos cómo es la cámara de vacío de ITER y cuál es su función, pero hay algo en lo que aún no hemos indagado: qué desafíos plantea su ensamblaje. El descomunal tamaño de este esencial componente del reactor de fusión nuclear ha provocado que sea necesario fragmentarla en nueve sectores. Europa es la responsable de fabricar cinco de ellos, y Corea del Sur se responsabiliza de los cuatro restantes. Una vez que han sido meticulosamente fabricados en su país de procedencia con unas tolerancias extraordinariamente exigentes es necesario enviarlos a Cadarache (Francia), la sede de ITER, para que sean ensamblados.

El propósito de este proyecto es que finalmente los nueve sectores que conforman la cámara de vacío se comporten desde un punto de vista estructural como una única pieza una vez que se haya completado el ensamblaje. Y para lograrlo el proceso de soldadura de cada sector tiene necesariamente que ser extraordinariamente meticuloso porque están implicadas tolerancias locales de tan solo el 0,1%. Además, la cámara de vacío tiene una forma muy complicada, y, para rizar el rizo, utiliza chapas con espesores de hasta 60 mm.

Toda esta retahíla de dificultades ha provocado que los técnicos de ITER hayan encomendado a la empresa española ENSA (Equipos Nucleares, S.A.) la puesta a punto de una tecnología de soldadura robotizada muy avanzada que les está permitiendo afrontar la soldadura de los sectores de la cámara de vacío con garantías. Además, los segmentos que conforman cada uno de los sectores están siendo soldados con una técnica muy avanzada conocida como soldadura de haz de electrones (electron beam welding).

Y, por fin, llegamos al papel de la inteligencia artificial en este proyecto. A pesar de lo sofisticadas que son las técnicas de soldadura que están siendo empleadas en la fabricación de los sectores y el ensamblaje de la cámara de vacío pueden producirse errores. La mayor parte de ellos son minúsculos, casi indetectables, pero, como hemos visto, las tolerancias de ITER son muy exigentes, por lo que es necesario corregir cualquier soldadura mínimamente defectuosa. Para afrontar este desafío a María Ortiz de Zúñiga y Cristian Casanova se les ocurrió poner en marcha un proyecto piloto que proponía la utilización de la IA para predecir qué soldaduras en progreso iban a tener algún defecto.

Para entrenar su modelo de IA decidieron utilizar los datos recogidos previamente durante la ejecución de 2.662 soldaduras sin defectos y otras 266 soldaduras con defectos. Lo impactante, y esto es realmente asombroso, es que el modelo de IA fue capaz de predecir con un acierto del 100% cuántas soldaduras de las 100 que se estaban efectuando en ese momento iban a tener algún defecto y cuántas iban a ajustarse escrupulosamente a las tolerancias prefijadas por los responsables de ITER.

Como podemos intuir tener esta información con anticipación es crucial para que la ejecución final de todas las soldaduras sea la idónea. F4E está trabajando en nuevas aplicaciones de la IA durante la puesta a punto de ITER, pero, como acabamos de ver, esta tecnología ya está marcando la diferencia.

Imagen de portada | F4E

Más información | F4E

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La IA ya está cambiando las reglas de la fusión nuclear. Palabra de los ingenieros de ITER

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Xataka

por
Juan Carlos López

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