El Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) fue premiado por el DOE con financiamiento para impulsar los avances en la optimización de las funciones del acelerador de partículas, en el marco de la Misión Génesis. Las mejoras introducidas al sistema permitirán, entre otros beneficios, la reducción del consumo de energía durante las operaciones.
El problema del consumo de energía en los aceleradores
Considerados como algunas de las máquinas más complejas del planeta, los aceleradores fueron diseñados para movilizar partículas subatómicas a velocidades cercanas a la de la luz y observar la dinámica en su escala. Mediante la separación de componentes básicos de la materia, su aceleración y redireccionamiento, estos aparatos recrean las condiciones para estudiar nuevos escenarios atómicos que dan pie a innovaciones tecnológicas y científicas.
Según informa la OIEA, la experimentación con estos aparatos reveló conocimientos de aplicación útil en medicina, medio ambiente y en la industria. En particular, las máquinas demostraron tener un rol fundamental en el tratamiento del cáncer, el estudio de las estructuras de proteínas y el diseño de nuevos fármacos, como también en la detección de oligoelementos presentes en el aire.
Actualmente, el Fermilab lleva adelante un proyecto basado en el control de la resonancia de los aceleradores: con el foco puesto en las cavidades de radiofrecuencia (SRF), donde se llevan a cabo los fenómenos de manipulación de partículas, los expertos buscan acabar con los desajustes que ocasionan pérdidas masivas de energía, sobrecalentamiento de equipos y, en consecuencia, gastos operativos millonarios.
Las vibraciones del entorno, los cambios de temperatura y la presión de la propia onda electromagnética son algunas de las variables que pueden impedir la correcta acumulación de ondas y afectar el proceso de aceleración de las partículas, desperdiciando la energía eléctrica que es eliminada en forma de calor residual.
«Durante décadas, el Fermilab ha sido un líder mundial en tecnología de radiofrecuencia superconductora, construyendo, diseñando y operando algunos de los aceleradores más sofisticados y logrando avances tecnológicos transformadores», afirmó Sam Posen, integrante del equipo de investigadores. En esta línea, los profesionales intentarán resolver el desafío echando mano de las nuevas herramientas de IA.
La solución del Fermilab
Según explicaron, la inteligencia artificial podría ser la clave para controlar el desperfecto y favorecer el ahorro energético en las operaciones. «Hoy, el laboratorio está de vanguardia y utilizaremos IA y aprendizaje automático para ampliar aún más nuestro alcance científico, mejorando el control de la resonancia en los aceleradores de última generación y acelerando el proceso de descubrimiento», agregó Posen.
De esta manera, el Fermilab empleará IA para mejorar la precisión de la sintonización de la cavidad, facilitando la detección de la pérdida de resonancia y activando los sintonizadores para ajustar la cavidad y devolverla a la frecuencia ideal. «La IA también puede personalizar este aprendizaje y adaptación para cada una de las 100 cavidades que contiene un acelerador», indicaron.
Las pruebas se realizarán con el acelerador PIP-II, actualmente en construcción en el Fermilab, al que se integrarán nuevos algoritmos en los controladores para verificar si el sistema es capaz de mantener la precisión de la resonancia incluso con el apagado o la reducción de la potencia de las cavidades entre pulsos, lo que permitiría disminuir drásticamente el gasto energético.
El reconocimiento del DOE
La iniciativa de los investigadores atrajo la atención de las autoridades del Departamento de Energía (DOE) por sus posibilidades de generalizar los conocimientos a los demás proyectos de aceleradores vigentes en el país, como el del Laboratorio Nacional de Brookhaven, el Laboratorio Nacional de Argonne o el de la Universidad de Michigan. Por este motivo, y como parte de la Misión Génesis, el organismo confirmó que otorgará financiamiento para garantizar que el proyecto avance y represente una mejora fundamental para la infraestructura científica nacional.
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