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2022-12-20Los científicos del MIT contribuyen al hito de la fusión de la Instalación Nacional de Ignición

MIT |El espectrómetro único diseñado por PSFC proporciona datos cruciales sobre la implosión que produjo una ganancia de energía de fusión histórica.

El lunes 5 de diciembre, alrededor de la 1 am, una pequeña esfera de combustible de deuterio-tritio rodeada por una lata cilíndrica de oro llamada hohlraum fue atacada por 192 láseres en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). en California. En el transcurso de mil millonésimas de segundo, los láseres se dispararon, generando rayos X dentro de la lata de oro e implosionando la esfera de combustible.

Esa mañana, por primera vez, los láseres entregaron 2,1 megajulios de energía y produjeron 3,15 megajulios a cambio, logrando una ganancia de energía de fusión histórica muy por encima de 1, un resultado verificado por herramientas de diagnóstico desarrolladas por el Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del MIT ( PSFC). El uso de estas herramientas y su importancia fueron mencionados por Arthur Pak , un científico del personal de LLNL que habló en un evento de prensa del Departamento de Energía de EE. UU. el 13 de diciembre anunciando el éxito de NIF.

Johan Frenje, jefe de la división de Física de Alta Densidad de Energía del PSFC, señala que este hito “tendrá profundas implicaciones para la investigación de fusión de laboratorio en general”.

Desde finales de la década de 1950, los investigadores de todo el mundo han buscado la ignición por fusión y la ganancia de energía en un laboratorio, considerándolo uno de los grandes desafíos del siglo XXI. La ignición solo se puede alcanzar cuando la potencia de calentamiento de la fusión interna es lo suficientemente alta 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 la fusión por confinamiento inercial, el método utilizado en el NIF, la ignición puede iniciar una "propagación de quema de combustible" en el combustible denso y frío circundante y, cuando se realiza correctamente, permitir la ganancia de energía de fusión.

Frenje y su división PSFC diseñaron inicialmente docenas de sistemas de diagnóstico que se implementaron en el NIF, incluido el espectrómetro de neutrones de retroceso magnético (MRS), de vital importancia, que mide el espectro de energía de neutrones, los datos a partir de los cuales se produce la fusión, la temperatura de iones de plasma y esférica. puede determinarse la compresión de la pastilla de combustible (“densidad de área de combustible”). Supervisado por la científica investigadora del PSFC Maria Gatu Johnson desde 2013, el MRS es uno de los dos sistemas del NIF en los que se confía para medir el rendimiento absoluto de neutrones del experimento del 5 de diciembre debido a su capacidad única para interpretar con precisión las señales de neutrones de una implosión.

“Antes de que se pudiera hacer el anuncio de este logro histórico, el equipo de LLNL quería esperar hasta que María hubiera analizado los datos de MRS a un nivel adecuado para determinar el rendimiento de la fusión”, dice Frenje.

La respuesta del MIT al anuncio de NIF ha sido entusiasta y esperanzadora. “Este es el tipo de avance que enciende la imaginación”, dice la Vicepresidenta de Investigación Maria Zuber, “que nos recuerda la maravilla del descubrimiento y las posibilidades del ingenio humano. Aunque tenemos un camino largo y difícil por delante antes de que la fusión pueda entregar energía limpia a la red eléctrica, debemos encontrar muchas razones para el optimismo en el anuncio de hoy. La innovación en ciencia y tecnología tiene un gran poder y promete abordar algunos de los mayores desafíos del mundo, incluido el cambio climático”.

Frenje también agradece al resto del equipo de la división de Física de Alta Densidad de Energía del PSFC, al Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester, LLNL, y a otros colaboradores por su apoyo y participación en esta investigación, así como a la National Nuclear Administración de Seguridad del Departamento de Energía, que ha financiado gran parte de su trabajo desde principios de la década de 1990. También está orgulloso de la cantidad de doctorados del MIT generados por la División de Física de Alta Densidad de Energía y posteriormente contratados por LLNL, incluido el líder experimental de este experimento, Alex Zylstra PhD ´15.

“Este es realmente un esfuerzo de equipo”, dice Frenje. “Sin el diálogo científico y el extenso conocimiento de la División HEDP, las contribuciones críticas realizadas por el sistema MRS no habrían ocurrido”.

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