Energia limpa? Inteligência artificial resolve um desafio da fusão nuclear

A fusão nuclear é considerada uma das grandes buscas da Física e da Engenharia desde o século passado. Pesquisadores propõem que a fusão nuclear é uma possibilidade de uma fonte de energia limpa e em quantidade suficiente. No entanto, a busca pela fusão nuclear é um caminho cheio de desafios e até hoje permanece com perguntas em aberto.

Nossa maior fonte de energia limpa, o Sol, é um exemplo de como a fusão nuclear funciona. No interior do Sol, a pressão é grande o suficiente para que átomos se fundem liberando uma grande quantidade de energia. Nós observamos essa energia através de emissão eletromagnética que chega em diferentes comprimentos de onda.

Um grupo da Universidade de Princeton utilizou uma técnica de inteligência artificial chamado aprendizado por reforço profundo para conseguir controlar a instabilidade do plasma. Esse é um dos problemas principais para conseguir fusão nuclear. O trabalho foi publicado na revista Nature.

O que é a fusão nuclear?

O processo de fusão nuclear acontece quando dois átomos se combinam formando um átomo com núcleo mais pesado. A fusão produz um átomo mais pesado, nêutrons e libera energia em forma de radiação. Geralmente, os átomos utilizados durante a fusão são isótopos de hidrogênio.

Há um limite para que a fusão nuclear tenha um saldo de energia positivo. Elementos mais leves que o ferro liberam energia durante a fusão nuclear. Já elementos mais pesados do que o ferro acabam consumindo mais energia do que liberando. Isso se torna um problema até mesmo para as estrelas que chegam ao final de sua vida quando precisam fundir ferro.

Fonte de energia das estrelas

Uma estrela passa boa parte de sua vida fundindo hidrogênio em hélio. Quando ela está nessa fase, dizemos que ela está na sequência principal. Na sequência principal, a estrela está em equilíbrio hidrostático onde a pressão no interior da estrela equilibra-se com o efeito do campo gravitacional.

Esse equilíbio permanece por milhões de anos para estrelas massivas e bilhões de anos para estrelas menos massivas, como o Sol. Algumas estrelas mais frias podem chegar a viver até trilhões de anos na sequência principal. O brilho das estrelas é resultado da fusão nuclear que acontece em seu interior.

Tentativas e desafios

Na Terra, físicos tentam imitar o processo que gera a fonte de energia das estrelas por se tratar de uma fonte de energia limpa e abundante. A fusão nuclear se mostrou bem mais complexa do que a fissão nuclear que foi controlada na década de 40. O motivo principal é por causa da instabilidade do plasma dentro do instrumento conhecido como tokamak.

O tokamak é um objeto que se assemelha a um donuts muitas vezes. Dentro do tokamak, há ímãs que geram campos magnéticos para controlar o plasma no interior. O plasma é onde aconteceria o processo de fusão nuclear. Devido a instabilidade que ocorre no plasma, muitas vezes o processo não pode ser controlado falhando ao fundir elementos.

Inteligência artificial

O grupo da Universidade de Princeton utilizou uma técnica de inteligência artificial conhecido como aprendizado por reforço pra prever instabilidades do plasma. Essa técnica funciona como uma espécie de jogo onde aprendeu por tentativa e erro usando dados antigos obtidos no experimento. O modelo consegue prever as instabilidades 300 milissegundos antes.

Quando o modelo faz a previsão, é tempo o suficiente para que uma ação seja tomada para corrigir essas instabilidades. Uma possibilidade de correção é movendo os ímãs ou os campos magnéticos. A ideia é conseguir corrigir a instabilidade antes mesmo dela conseguir surgir no interior do plasma.

Fusão nuclear está próxima?

Esse estudo é um passo importante para controle da fusão nuclear e pode ser uma luz no fim do túnel. Em 2022, pela primeira vez, um time conseguiu obter energia de fusão nuclear em um saldo positivo - ganhou mais energia do que foi gasto no processo. A empresa da Google, DeepMind, também conseguiu simular um processo de fusão nuclear com inteligência artificial no mesmo ano.

A inteligência artificial surge como uma ferramenta para controlar a fusão nuclear e prever o resultado final. Com a ajuda dessas técnicas, está cada vez mais fácil de encontrar respostas e criar soluções para uso da fusão nuclear.