Empujar el sobre con los imanes Fusion

Empujar el sobre con los imanes Fusion
David fischer

David Fischer se sienta junto a la cámara de vacío del experimento (iluminada en azul), donde se montarán las cintas superconductoras de alta temperatura para la irradiación de protones y la medición de la corriente de transporte in situ. Su computadora portátil muestra los datos obtenidos en tales mediciones, la base para determinar la corriente crítica. Crédito: Zoe Fisher

MIT El becario de energía David Fischer irradia cinta superconductora de alta temperatura para probar su capacidad de recuperación y prepararse para la primera planta piloto de fusión.

“A la edad de entre 12 y 15 años dibujaba; Estaba haciendo planes de dispositivos de fusión «.

David Fischer recuerda haber crecido en Viena, Austria, imaginando la mejor manera de enfriar el horno utilizado para contener la sopa caliente de iones conocida como plasma en un dispositivo de fusión llamado tokamak. Con un plasma más caliente que el núcleo del sol que se genera en una cámara de vacío en forma de rosquilla a solo un metro de distancia de estos imanes, se preguntó qué rangos de temperatura podrían ser posibles con diferentes refrigerantes.

“Dibujaba estos planos y se los mostraba a mi padre”, recuerda. «Entonces, de alguna manera, me olvidé de esta idea de fusión».

Ahora que comienza su segundo año en el MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC) como postdoctorado y nuevo MIT Energy Fellow patrocinado por Eni, Fischer ha reconocido claramente la «idea de la fusión». Y su investigación gira en torno a los conceptos que tanto le interesaron en su juventud.

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Los primeros diseños de Fischer exploraron un enfoque popular para generar energía de fusión sostenible libre de carbono conocida como «confinamiento magnético». Dado que el plasma responde a los campos magnéticos, el tokamak está diseñado con imanes para mantener los átomos en fusión dentro del recipiente y lejos de las paredes metálicas, donde podrían causar daños. Cuanto más eficaz sea el confinamiento magnético, más estable se volverá el plasma y más tiempo podrá mantenerse dentro del dispositivo.

Fischer está trabajando en ARC, un concepto de planta piloto de fusión que emplea cintas delgadas de superconductores de alta temperatura (HTS) en los imanes de fusión. HTS permite campos magnéticos mucho más altos de lo que sería posible con superconductores convencionales, lo que permite un diseño tokamak más compacto. HTS también permite que los imanes de fusión operen a temperaturas más altas, lo que reduce en gran medida el enfriamiento requerido.

Fischer está particularmente interesado en cómo evitar que las cintas HTS se degraden. Las reacciones de fusión crean neutrones, que pueden dañar muchas partes de un dispositivo de fusión, con el efecto más fuerte en los componentes más cercanos al plasma. Aunque las cintas superconductoras pueden estar a un metro de la primera pared del tokamak, los neutrones aún pueden alcanzarlas. Incluso en cantidades reducidas y después de perder la mayor parte de su energía, los neutrones dañan la microestructura de la cinta HTS y con el tiempo cambian las propiedades de los imanes superconductores.

Gran parte del enfoque de Fischer está dedicado al efecto del daño por irradiación en las corrientes críticas, la corriente eléctrica máxima que puede pasar a través de un superconductor sin disipar energía. Si la irradiación hace que las corrientes críticas se degrade demasiado, los imanes de fusión ya no pueden producir los altos campos magnéticos necesarios para confinar y comprimir el plasma.

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Fischer señala que es posible reducir el daño a los imanes casi por completo agregando más protección entre los imanes y el plasma de fusión. Sin embargo, esto requeriría más espacio, lo que es un premio en una planta de energía de fusión compacta.

“No se puede simplemente poner un blindaje infinito en el medio. Primero debe aprender cuánto daño puede tolerar este superconductor y luego determinar cuánto tiempo desea que duren los imanes de fusión. Y luego diseñe en torno a estos parámetros «.

La experiencia de Fischer con cintas HTS proviene de estudios en Technische Universität Wien (Universidad Tecnológica de Viena), Austria. Mientras trabajaba en su maestría en el grupo de física de baja temperatura, le dijeron que había un puesto de doctorado disponible para investigar el daño por radiación en conductores revestidos, materiales que podrían usarse para imanes de fusión.

Al recordar los dibujos que compartió con su padre, pensó: “Oh, eso es interesante. Me atrajo la fusión hace más de 10 años. Sí, hagámoslo «.

La investigación resultante sobre los efectos de la irradiación de neutrones en superconductores de alta temperatura para imanes de fusión, presentada en un taller en Japón, llamó la atención del profesor de ciencia e ingeniería nuclear de PSFC, Zach Hartwig, y del director científico de Commonwealth Fusion Systems, Brandon Sorbom.

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“Me atrajeron”, se ríe.

Al igual que Fischer, Sorbom había explorado en su propia disertación el efecto del daño por radiación en la corriente crítica de las cintas HTS. Lo que ninguno de los investigadores tuvo la oportunidad de examinar fue cómo se comportan las cintas cuando se irradian a 20 kelvins, la temperatura a la que operarán los imanes de fusión HTS.

Fischer ahora se encuentra supervisando un laboratorio de irradiación de protones para el director de PSFC, Dennis Whyte. Está construyendo un dispositivo que no solo le permitirá irradiar los superconductores a 20 K, sino también medir inmediatamente los cambios en las corrientes críticas.

Está contento de estar de regreso en el laboratorio NW13, conocido cariñosamente como «The Vault», trabajando de manera segura con los asistentes de estudiantes de posgrado y pregrado del Programa de Oportunidades de Investigación. Durante su bloqueo de Covid-19, pudo trabajar desde casa en la programación de un software de medición, pero extrañaba la conexión diaria con sus compañeros.

“El ambiente es muy inspirador”, dice, señalando algunas de las preguntas que su trabajo ha provocado recientemente. “¿Cuál es el efecto de la temperatura de irradiación? ¿Cuáles son los mecanismos de degradación de las corrientes críticas? ¿Podríamos diseñar cintas HTS que sean más resistentes a la radiación? ¿Hay alguna forma de curar el daño por radiación? «

Fischer puede tener la oportunidad de explorar algunas de sus preguntas mientras se prepara para coordinar la planificación y el diseño de una nueva instalación de irradiación de neutrones en el MIT.

“Es una gran oportunidad para mí”, dice. «Es genial ser responsable de un proyecto ahora y ver que la gente confía en que puedes hacerlo funcionar».

Acerca de

Pilar Benegas es una reconocida periodista con amplia experiencia en importantes medios de USA, como LaOpinion, Miami News, The Washington Post, entre otros. Es editora en jefe de Es de Latino desde 2019.