La energía de fusión vuelve a escena con un anuncio relevante: Google DeepMind se asocia con Commonwealth Fusion Systems (CFS) para llevar la IA al desarrollo y operación de SPARC, un tokamak compacto que busca cruzar el umbral de breakeven energético (punto de equilibrio energético) en condiciones reales de máquina, con énfasis en control del plasma y gestión de límites operacionales.
¿Qué es un reactor tokamak y qué es un SPARC?
Un reactor Tokamak es un dispositivo experimental diseñado para lograr la fusión nuclear controlada mediante el confinamiento magnético de un plasma a temperaturas extremadamente altas, reproduciendo así los procesos energéticos que ocurren en el interior del Sol. Su nombre proviene de del acrónimo ruso “toroidalnaya kamera s magnitnymi katushkami”, que significa “cámara toroidal con bobinas magnéticas”.
En los reactores de fusión experimentales, los núcleos de baja masa se calientan hasta alcanzar el estado de plasma, que es confinado mediante campos magnéticos en forma de anillo. En la figura se muestra el plasma (en color morado, dirección indicada por la flecha roja) confinado por los campos magnéticos toroidales y poloidales, representados por las flechas amarillas y verdes.
La galería a continuación corresponde a fotografías del reactor de fusión Join European Torus tipo Tokamak ubicado e Oxford en Inglaterra. La primera imagen del set es una superposición de fotografías del reactor, a la izquierda no operativa y a la derecha operativo.
El SPARC: un reactor Tokamak compacto
SPARC es un tokamak compacto de alto campo magnético que desarrolla la empresa Commonwealth Fusion Systems (CFS), en colaboración con el MIT Plasma Science and Fusion Center.
El objetivo principal de SPARC es demostrar por primera vez que un dispositivo de fusión puede generar más energía de la que consume.
Se espera que SPARC produzca decenas de megavatios de potencia de fusión con un equipo relativamente pequeño y, de este modo, sirva como paso clave hacia una planta de fusión comercial, denominada ARC.
¿Qué propone concretamente la alianza entre DeepMind y CFS para el reactor de fusión SPARC?
El foco está en usar aprendizaje por refuerzo y simulación diferenciables para planificar, optimizar y controlar pulsos de SPARC con criterios físicos y de ingeniería, integrando restricciones como:
- Carga térmica sobre materiales expuestos al plasma
- Márgenes de seguridad, con la expectativa de acelerar el camino hacia inyección a red.
La base técnica del esfuerzo es TORAX:
- TORAX es un simulador de plasma rápido y diferenciable, desarrollado en JAX, compatible con CPU y GPU.
- Integra modelos impulsados por inteligencia artificial, lo que permite optimización dinámica de los experimentos.
- Se utiliza para diseñar y ajustar planes de operación, corriendo millones de simulaciones virtuales antes del primer disparo de SPARC.
- Permite adaptar los modelos una vez que llegan datos experimentales reales del reactor.
- Se emplea de forma cotidiana en CFS para analizar flujos de calor, corriente y materia dentro del núcleo del plasma.
- Facilita el estudio de la interacción entre el plasma y los sistemas físicos del tokamak, como las paredes, imanes y desviadores.
Dicho de otro modo, TORAX funciona como un simulador de vuelo, pero para un reactor de fusión. Antes de encender la máquina real, permite probar millones de maniobras en un entorno virtual que replica con precisión el comportamiento del plasma y los sistemas magnéticos. Así, los ingenieros pueden ajustar los controles y prevenir fallos sin arriesgar componentes reales ni perder tiempo ni energía.
Estructura técnica y alcances de la colaboración entre DeepMind y CFS para SPARC
El equipo amplía trabajos previos donde el aprendizaje por refuerzo permitió controlar imanes de un tokamak del Swiss Plasma Center.
En esta fase, el enfoque se orienta a escalar esas capacidades hacia objetivos más amplios dentro de SPARC:
- Equilibrio de parámetros operativos: integración de modelos que ajustan dinámicamente múltiples variables de seguridad y desempeño durante la operación del reactor.
- Maximización de potencia de fusión: desarrollo de estrategias que optimizan el rendimiento energético del plasma durante cada pulso.
- Gestión de cargas térmicas en tiempo real: control adaptativo del flujo de calor sobre los materiales en contacto con el plasma.
La alianza entre DeepMind y CFS para el reactor Sparc
La alianza entre DeepMind y CFS considera tres líneas técnicas principales que integran modelos de IA con simulación física avanzada:
- Simulación del plasma: desarrollo de un modelo rápido y diferenciable capaz de representar el comportamiento del plasma con precisión, utilizando el simulador TORAX, implementado en JAX y ejecutable en CPU y GPU.
- Optimización operativa: exploración de rutas de operación eficientes y robustas que maximicen la energía generada por fusión, mediante análisis masivo de escenarios virtuales previos al encendido de SPARC.
- Control en tiempo real: aplicación de algoritmos de aprendizaje por refuerzo para descubrir estrategias de control que distribuyan dinámicamente el flujo de calor y ajusten los controladores tradicionales de manera automática entre pulsos.
Simulación y control predictivo como base del desarrollo de SPARC
El simulador TORAX se ha convertido en una herramienta central dentro de Commonwealth Fusion Systems, utilizada para modelar y ajustar el comportamiento del plasma antes de cada prueba experimental.
- Optimización de operación: ajusta parámetros de control y planes de pulso antes de cada disparo experimental.
- Análisis del núcleo del plasma: estudia flujos de calor, corriente y transporte de materia en condiciones operativas reales.
- Interacción con sistemas del reactor: evalúa cómo el plasma afecta componentes como paredes, imanes y desviadores.
- Simulación masiva: ejecuta millones de experimentos virtuales que permiten validar hipótesis sin riesgo físico.
El proyecto contempla combinar la optimización de pulsos con control predictivo, acelerando el avance de SPARC hacia su meta de convertirse en la primera máquina de fusión magnética con energía neta positiva.
Fuentes: DeepMind | Cfs Energy
