Estudiantes del MIT contribuyen al éxito de un histórico experimento de fusión | Noticias del MIT



Durante más de medio siglo, investigadores de todo el mundo se han dedicado a intentar la ignición por fusión en el laboratorio, un gran desafío del siglo XXI. El grupo de Física de Alta Densidad Energética (HEDP) del Plasma Science and Fusion Center del MIT se centró en un enfoque llamado fusión por confinamiento inercial (ICF), que utiliza láseres para implosionar una pastilla de combustible en una búsqueda de «encendido». Este grupo, que incluye a nueve antiguos y actuales estudiantes del MIT, fue crucial para un experimento histórico de encendido de ICF realizado en 2021; los resultados se publicaron en el aniversario de este éxito.

El 8 de agosto de 2021, investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) de la Instalación Nacional de Ignición (NIF), utilizaron 192 rayos láser para iluminar el interior de un pequeño cilindro de oro que encapsula una cápsula esférica llena de combustible de deuterio y tritio en su búsqueda. para producir energía de fusión significativa. Aunque los investigadores habían rastreado este proceso varias veces antes, utilizando diferentes parámetros, esta vez la implosión resultante produjo un rendimiento de fusión histórico de 1,37 megajulios, según lo medido por un conjunto de diagnósticos de neutrones. Estos incluyeron el espectrómetro de retroceso magnético (MRS) desarrollado y analizado por el MIT. Este resultado fue publicado en Cartas de exploración física el 8 de agosto, el primer aniversario del desarrollo innovador, lo que indica inequívocamente que el primer experimento de fusión controlada ha alcanzado la ignición.

Regido por el criterio de Lawson, un plasma se enciende cuando el poder de calentamiento de la fusión interna es lo suficientemente alto como para superar los procesos físicos que enfrían el plasma de fusión, creando un bucle de retroalimentación termodinámica positiva que aumenta muy rápidamente la temperatura del plasma. En el caso de ICF, la ignición es un estado en el que el plasma de fusión puede iniciar la «propagación de quemado de combustible» en el combustible denso y frío circundante, lo que permite la posibilidad de una ganancia de energía de alta fusión.

«Este resultado histórico ciertamente demuestra que el umbral de ignición es un concepto real, con cálculos teóricos bien predichos, y que un plasma de fusión puede encenderse en el laboratorio», dice el jefe de división de HEDP, Johan Frenje.

La División HEDP ha contribuido al éxito del programa de ignición en NIF durante más de una década proporcionando y utilizando una docena de diagnósticos, implementados por estudiantes de doctorado y personal del MIT, que han sido fundamentales para evaluar el rendimiento de una implosión. Los cientos de coautores del artículo dan fe del esfuerzo colaborativo que hizo posible dar este paso. Los colaboradores del MIT incluyeron a los únicos coautores estudiantes.

“Los estudiantes son responsables de implementar y usar un diagnóstico para obtener datos importantes para el programa ICF en NIF”, dice Frenje. “Ser responsable de realizar un diagnóstico en el NIF les ha permitido participar activamente en el diálogo científico y así estar expuestos directamente a la ciencia de punta”.

Los estudiantes involucrados del departamento de física del MIT fueron Neel Kabadi, Graeme Sutcliffe, Tim Johnson, Jacob Pearcy y Ben Reichelt; los estudiantes del Departamento de Ciencias e Ingeniería Nucleares incluyeron a Brandon Lahmann, Patrick Adrian y Justin Kunimune.

Además, el ex alumno Alex Zylstra PhD ’15, ahora físico en LLNL, fue el líder experimental de este experimento de implosión sin precedentes.

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