MIT Centro de Ciência e Fusão de Plasma para estabelecer o Laboratório de Materiais Schmidt em tecnologias nucleares.
A Fusion Power tem o potencial de permitir a transição energética de combustíveis fósseis, aprimorar a segurança energética doméstica e a inteligência synthetic do poder. As empresas privadas já investiram mais de US $ 8 bilhões para desenvolver fusão comercial e aproveitar as oportunidades que ele oferece. Um desafio urgente, no entanto, é a descoberta e avaliação de materiais econômicos que podem suportar condições extremas por períodos prolongados, incluindo plasmas de 150 milhões de graus e bombardeio intenso de partículas.
Para enfrentar este desafio, o MIT’s Centro de Ciência e Fusão de Plasma (PSFC) Lançou o Laboratório Schmidt para Materiais em Tecnologias Nucleares, ou LMNT (pronunciado “elemento”). Apoiado por um consórcio filantrópico liderado por Eric e Wendy Schmidt, o LMNT foi projetado para acelerar a descoberta e a seleção de materiais para uma variedade de componentes da usina de fusão.
Ao aproveitar a experiência do MIT em ciência da fusão e materiais, reaproveitar a infraestrutura de pesquisa existente e explorar suas estreitas colaborações com as principais empresas de fusão privadas, o PSFC visa promover um rápido progresso nos materiais necessários para comercializar a energia de fusão em escalas de tempo. A LMNT também ajudará a desenvolver e avaliar materiais para usinas nucleares, experimentos de física de partículas de próxima geração e outras aplicações de ciências e indústria.
Zachary Hartwig, chefe da LMNT e professor associado do Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear (NSE), diz: “Precisamos de tecnologias hoje que desenvolvam e testem rapidamente os materiais para apoiar a comercialização de energia de fusão. A missão da LMNT inclui a ciência da descoberta, mas a busca, em que se seleciona, a seleção de materiais.
Uma abordagem diferente para materiais de fusão
Por décadas, os pesquisadores trabalharam para entender como os materiais se comportam em condições de fusão usando métodos como expor as amostras de teste a feixes de partículas de baixa energia ou colocá-los no núcleo dos reatores de fissão nuclear. Essas abordagens, no entanto, têm limitações significativas. Os feixes de partículas de baixa energia irradiam apenas a camada superficial de materiais mais fina, enquanto a irradiação do reator de fissão não duplicate com precisão o mecanismo pelo qual a fusão danifica os materiais. A irradiação da fissão também é um processo caro e multiperno que requer instalações especializadas.
Para superar esses obstáculos, pesquisadores das instituições do MIT e dos pares estão explorando o uso de raios de prótons energéticos para simular os materiais de dano sofrem em ambientes de fusão. Os feixes de prótons podem ser ajustados para corresponder aos danos esperados nas usinas de fusão, e os prótons penetram profundamente o suficiente em amostras de teste para fornecer informações sobre como a exposição pode afetar a integridade estrutural. Eles também oferecem a vantagem da velocidade: primeiro, feixes intensos de prótons podem danificar rapidamente dezenas de amostras de materiais de uma só vez, permitindo que os pesquisadores o testem em dias, em vez de anos. Segundo, as vigas de prótons de alta energia podem ser geradas com um tipo de acelerador de partículas conhecido como ciclotron comumente usado na indústria de saúde. Como resultado, o LMNT será construído em torno de um ciclotron econômico e econômico que é fácil de obter e altamente confiável.
A LMNT cercará seu ciclotron com quatro áreas experimentais dedicadas à pesquisa em ciências da materiais. O laboratório está tomando forma dentro do grande cofre de concreto blindado no PSFC, que uma vez abrigou o Alcator C-Mod Tokamak, um experimento de fusão recorde que foi executado no PSFC de 1992 a 2016. Ao reaproveitar a reaproveitando o espaço anterior do C-mod-mod. A equipe veterana do PSFC-que liderou grandes projetos como o Alcator Tokamaks e o desenvolvimento avançado de ímãs de alta temperatura-está supervisionando o design, a construção e a operação das instalações, garantindo que a LMNT se mova rapidamente do conceito para a realidade. O PSFC espera receber o ciclotron até o remaining de 2025, com operações experimentais a partir do início de 2026.
“O LMNT é o início de uma nova period da Fusion Analysis no MIT, em que procuramos enfrentar os desafios mais complexos da tecnologia de fusão nas escalas de tempo proporcionais à urgência do problema que enfrentamos: a transição energética”, diz Nuno LourioiroDiretor do PSFC, professor de ciência e engenharia nuclear, e o professor de física de Herman Feshbach. “É ambicioso, ousado e crítico – e é exatamente por isso que fazemos isso.”
“What’s thrilling about this challenge is that it aligns the sources now we have at the moment — substantial analysis infrastructure, off-the-shelf applied sciences, and MIT experience — to handle the important thing useful resource we lack in tackling local weather change: time. Utilizing the Schmidt Laboratory for Supplies in Nuclear Applied sciences, MIT researchers advancing fusion vitality, nuclear energy, and different applied sciences important to the way forward for vitality will be capable of act now and transfer quick,” says Elsa Olivetti, professor de engenharia de Jerry McAfee e diretor de missão do MIT’s Local weather Undertaking.
Além de avançar a pesquisa, a LMNT fornecerá uma plataforma para educar e treinar estudantes nas áreas cada vez mais importantes da tecnologia de fusão. A localização da LMNT no campus principal do MIT oferece aos alunos a oportunidade de liderar projetos de pesquisa e ajudar a gerenciar as operações das instalações. Ele também continua a abordagem prática da educação que definiu o PSFC, reforçando essa experiência direta em pesquisas em larga escala é a melhor abordagem para criar cientistas e engenheiros de fusão para a expansão da força de trabalho da indústria de fusão.
Benoit Overlook, chefe da NSE e professor de engenharia nuclear da Korea Electrical, observa: “Este novo laboratório dará aos estudantes de ciência e engenharia nucleares o acesso a uma capacidade de pesquisa única que ajudará a moldar o futuro da energia de fusão e fissão”.
Acelerando o progresso em grandes desafios
O apoio filantrópico ajudou a LMNT a alavancar a infraestrutura e a experiência existentes a passar do conceito para a instalação em apenas um ano e meio-uma linha do tempo rápida para o estabelecimento de um grande projeto de pesquisa.
“Estou tão empolgado com esse modelo de pesquisa quanto sobre a ciência dos materiais. Ele mostra como a filantropia focada e os pontos fortes do MIT podem se unir para construir algo que seja transformacional – uma nova instalação importante que ajuda pesquisadores dos setores público e privado a se mover rapidamente nos materiais de fusão”, enfatiza Hartwig.
Ao utilizar essa abordagem, o PSFC está executando uma grande parceria público-privada em Fusion Power, percebendo um modelo de pesquisa que a comunidade de fusão dos EUA começou recentemente a explorar recentemente e demonstrando o papel essential que as universidades podem desempenhar na aceleração dos materiais e tecnologia necessários para a energia de fusão.
“As universidades estão na vanguarda dos maiores desafios da sociedade, e a corrida para identificar novas formas de energia e atender às mudanças climáticas exige que as abordagens ousadas, de alto risco e de alta recompensa”, diz Ian Waitz, vice-presidente de pesquisa do MIT. “A LMNT está ajudando a transformar a energia de fusão de uma ambição de longo prazo em uma realidade de curto prazo.”
