Pe cursul creării unei centrale electrice de topire

ARCH este un design conceptual pentru un dispozitiv de cuplare la bord capabil să genereze combustibil de amoniac pentru motoarele navelor. Credit: Ethan Peterson

Ca cu cursul de inginerie a devenit un incubator pentru inovații de design de fuziune.

„Nu există un singur geniu care să rezolve toate problemele”.

Dennis Whyte, directorul Centrului pentru Știința și Fuziunea Plasmei (PSFC), reflectă la o credință îndrumătoare din spatele clasei sale de științe nucleare și inginerie 22.63 (Principiile ingineriei fuziunii). De curând și-a văzut studenții, lucrând în echipe, făcând prezentările lor recente despre modul de utilizare a tehnologiei de topire pentru a crea combustibil fără carbon pentru navele de transport. De când a început cursul cu peste un deceniu în urmă, Whyte s-a îndepărtat de prelegerile standard, încurajând clasa să lucreze colectiv la găsirea de soluții la problemele „lumii reale”. De-a lungul anilor, cursul său și abordarea colaborativă a proiectării au fost esențiale în îndrumarea viitorului real al fuziunii PSFC.

De zeci de ani cercetătorii au explorat topirea, reacția care alimentează soarele, ca o sursă potențială de energie fără sfârșit, fără carbon pe Pământ. MIT a studiat procesul cu o serie de lopeți Alcator, mașini compacte care utilizează câmpuri magnetice ridicate pentru a reține căldura plasmă în interiorul și departe de pereții unui recipient sub formă de gogoșă până când apare fuziunea. Însă înțelegerea modului în care plasma afectează materialele tokamak și transformarea plasmei în suficient de densă și fierbinte pentru a menține reacțiile de topire a fost evazivă.

Incubarea mașinilor de topit și a echipelor de proiectare

A doua oară când a dat cursul, Whyte a fost pregătit pentru studenții săi să atace problemele legate de funcționarea tokamakului alimentat de rețea, necesare pentru a produce o putere considerabilă și economică. Aceste probleme nu au putut fi explorate cu jetonul PSFC Alcator C-Mod, care ținea cuplajul doar în impulsuri scurte, dar puteau fi studiate de o clasă însărcinată cu proiectarea unui dispozitiv de cuplare care să funcționeze tot timpul.

În această perioadă, Whote a aflat despre banda supraconductoare la temperatură înaltă (HTS), o nouă clasă disponibilă de material supraconductor care a susținut crearea câmpurilor magnetice superioare pentru a limita în mod eficient plasma. Avea potențialul de a depăși performanțele generației anterioare de superconductori, cum ar fi niobiu-staniu, care era utilizat la ITER, experimentul de topire a plasmei arzătoare fiind construit în Franța. Poate clasa să proiecteze o mașină care să răspundă la întrebări despre funcționarea constantă în timp ce profită de acest produs revoluționar? Mai mult, ce se întâmplă dacă componentele mașinii au fost ușor îndepărtate și înlocuite sau schimbate, făcând tokamakul flexibil pentru diferite experimente?

Ceea ce a conceput clasa a fost un tokamak numit „Vulcan”. Whyte numește eforturile studenților săi „deschizători de ochi”, suficient de originale pentru a produce cinci articole revizuite de colegi Fusion Engineering și Design. Deși designul tokamak nu a fost niciodată construit direct, explorarea sa a ambalajelor magnetice dezasamblate, realizate din noua bandă HTS, a sugerat o cale către un viitor topitor.

Doi ani mai târziu, Whyte și-a început elevii pe acea cale. El a întrebat: „Ce s-ar întâmpla cu un dispozitiv în care încercăm să obținem 500 megawatt de putere de cuplare – identic cu ceea ce face ITER – dar folosim această nouă tehnologie HTS?”

Cu echipele de studenți care lucrează la aspecte specifice ale proiectului și se coordonează cu alte grupuri pentru a crea un model integrat, Whyte a decis să facă mediul de clasă și mai colaborativ. El a invitat experții în topirea PSFC să contribuie. În acest mediu de „învățare colectivă comunitară” elevii s-au extins cu cercetări din clasa anterioară, creând baza pentru magneții HTS și bobinele detașabile.

La fel ca înainte, inovațiile descoperite au dus la o lucrare publicată. Autorul principal a fost apoi student absolvent, Brandon Sorbom dr. ’17. El a introdus comunitatea de topire la ARC, descriind în titlul articolului „o instalație compactă de topire cu câmp ridicat și o centrală demonstrativă cu magneți detașabili”. Deoarece ARC a fost un proiect foarte mare de explorare a construcțiilor imediat, Whyte și unii dintre postdoctorii și studenții săi au început în cele din urmă să se gândească la modul în care ar putea studia cele mai importante elemente ale designului ARC pe un dispozitiv mai mic.

Răspunsul lor a fost SPARC, bazat pe experiența acumulată din proiectarea Vulcan și ARC. Acest experiment compact, cu câmp ridicat, cu conectare la rețea, a devenit o colaborare între MIT și Commonwealth Fusion Systems (CFS), o companie cu sediul în Cambridge, Massachusetts, cu un talent de 22,63. Bob Mumgaard și Dan Brunner, care au ajutat la proiectarea lui Vulcan, sunt responsabili de CFS, la fel ca și Brandon Sorbom. Profesorul asistent MIT NSE Zach Hartwig, care a participat ca student la proiectul Vulcan, a fost, de asemenea, implicat în proiectul și dezvoltările SPARC.

Întrebarea economică

Cursul devenise un incubator pentru cercetătorii interesați de utilizarea celei mai noi tehnologii pentru a-și imagina cât de repede ar fi posibilă o centrală electrică. Ajutat la redirecționarea focalizării PSFC de la Alcator C-Mod, care a finalizat lucrările în 2016, către SPARC și ARC, și inovația tehnologică. În acest proces, PSFC, al cărui program de fuziune a fost finanțat în principal de către Departamentul Energiei din SUA, a realizat că va trebui, de asemenea, să-și extindă sponsorizarea cercetării la finanțare privată.

Discuțiile cu sectorul privat au adus cerere nu numai pentru fezabilitatea tehnică, ci pentru a face din fuziune un produs atractiv din punct de vedere economic. Acest lucru l-a inspirat pe Whyte să adauge o constrângere economică proiectului clasa 22.63 2020, menționând „acest lucru schimbă modul în care gândești despre atacul modelului”. Drept urmare, și-a extins echipa didactică pentru a-l include pe Eric Ingersoll, fondator și director general la LucidCatalyst și TerraPraxis. Împreună au imaginat o nouă aplicație și o piață care ar putea folosi topirea ca sursă de energie cu consum intensiv de carbon – transportul internațional.

Natura virtuală a cursului din acest an a oferit ocazia unică pentru un număr de studenți, postdoctori și profesori din Universitatea Princeton să se alăture clasei ca voluntari, cu scopul de a crea în cele din urmă un curs structurat în mod similar la Princeton. S-au integrat cu studenții și instructorii MIT din patru echipe care lucrează interdependent pentru a proiecta o metodă la bord de generare a combustibilului de amoniac pentru motoarele navei. Dispozitivul a fost numit „ARCH”, H care înseamnă hidrogen. Inovând în proiectul de topire, axat în principal pe îmbunătățirea materialelor și îndepărtarea căldurii, echipa a arătat că ar putea îndeplini obiectivele economice.

Pentru studentul absolvent al MIT, Rachel Bielajew, care face parte din echipa de integrare a sistemelor, accentul pe economia proiectului a oferit o experiență foarte diferită față de alte clase și cercetările sale zilnice.

„A fost cu siguranță motivant să avem un obiectiv economic în desfășurarea alegerilor model”, spune ea. „Clasa mi-a întărit, de asemenea, că calea către reactoarele de topire de succes este multidisciplinară și că există multe cercetări de făcut în multe domenii”.

Călătoria educațională a lui Whyte a fost la fel de transformatoare pentru el ca și pentru studenții săi.

„Dacă le oferiți tinerilor timp, instrumentele și spațiul imaginar pentru a lucra împreună pentru a atinge obiective semnificative – este greu de imaginat o forță mai puternică”, spune el. „Sala de clasă și inovația oferite de efortul colectiv al studenților mi-au schimbat viziunea asupra lumii și, cred, perspectivele asupra energiei de fuziune”.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.