Sedang membuat Pembangkit Listrik Fusion

ARCH adalah desain konseptual untuk perangkat fusi on-board yang mampu menghasilkan bahan bakar amonia untuk mesin kapal. Kredit: Ethan Peterson

Bagaimana a Dengan kursus teknik telah menjadi inkubator untuk inovasi desain fusi.

“Tidak ada seorang jenius yang memecahkan semua masalah.”

Dennis Whyte, direktur Center for Plasma Science and Fusion (PSFC), merefleksikan keyakinan yang membimbing di balik 22,63 kelas sains dan teknik nuklirnya (Principles of Fusion Engineering). Dia baru-baru ini melihat murid-muridnya, bekerja dalam tim, membuat presentasi terakhir mereka tentang cara menggunakan teknologi fusi untuk menciptakan bahan bakar bebas karbon untuk kapal perkapalan. Sejak mengikuti kursus lebih dari satu dekade lalu, Whyte telah beralih dari kuliah standar, menantang kelas untuk bekerja secara kolektif untuk menemukan solusi atas pertanyaan “dunia nyata”. Selama beberapa tahun terakhir, kursus tersebut, dan pendekatan kolaboratifnya terhadap konsepsi, telah berperan penting dalam memandu masa depan sebenarnya dari merger dengan PSFC.

Selama beberapa dekade para peneliti telah mengeksplorasi fusi, reaksi yang memberi makan matahari, sebagai sumber potensial energi bebas karbon yang hampir tak terbatas di Bumi. MIT mempelajari proses tersebut dengan serangkaian tokamaks “Alcator”, mesin kompak yang menggunakan medan magnet tinggi untuk menghangatkan. plasma di dalam dan jauh dari dinding bejana vakum berbentuk vakum yang cukup lama untuk fusi. Tetapi memahami bagaimana plasma mempengaruhi bahan tokamak, dan membuat plasma padat dan cukup panas untuk mendukung reaksi fusi, masih sulit dipahami.

Inkubasi mesin fusi dan tim desain

Kali kedua mengajar mata kuliah tersebut, Whyte sudah siap dengan siswanya untuk mengatasi masalah yang terkait dengan operasi tokamak energi netto, yang diperlukan untuk menghasilkan tenaga yang besar dan ekonomis. Masalah ini tidak dapat dieksplorasi dengan tokamak Alkator C-Mod PSFC, yang menjaga fusi hanya dalam waktu singkat, tetapi dapat dipelajari oleh kelas yang ditugaskan untuk merancang perangkat fusi yang dapat beroperasi 24 jam sehari.

Selama waktu ini Whyte mempelajari pita superkonduktor suhu tinggi (HTS), kelas bahan superkonduktor baru yang tersedia yang mendukung penciptaan medan magnet yang lebih tinggi untuk secara efektif membatasi plasma. Ini memiliki potensi untuk melampaui kinerja superkonduktor generasi sebelumnya, seperti niobium-tin, yang digunakan di ITER, percobaan fusi plasma pembakaran dibangun di Prancis. Dapatkah kelas merancang mesin yang menjawab pertanyaan tentang pengoperasian pada kondisi mapan, dengan memanfaatkan produk revolusioner ini? Selain itu, bagaimana jika komponen mesin dapat dengan mudah dilepas dan diganti atau diubah, membuat tokamak fleksibel untuk berbagai percobaan?

Apa yang dikandung oleh kelas tersebut adalah tokamak yang disebut “Vulcano”. Whyte menyebut upaya siswanya “membuka mata”, cukup orisinal untuk menghasilkan lima artikel dengan tinjauan sejawat Rekayasa dan Desain Fusion. Meskipun konsep tokamak tidak pernah dibangun secara langsung, eksplorasi kumparan magnet yang dapat dilepas, yang terbuat dari pita HTS baru, menyarankan jalan untuk masa depan fusi.

Dua tahun kemudian, Whyte memulai murid-muridnya melalui jalan ini. Dia bertanya, “Apa yang akan terjadi pada perangkat di mana kami mencoba membuat daya fusi 500 megawatt – identik dengan yang dilakukan ITER – tetapi menggunakan teknologi HTS baru ini?”

Dengan tim siswa mengerjakan aspek terpisah dari proyek dan berkoordinasi dengan kelompok lain untuk menciptakan konsep terintegrasi, Whyte memutuskan untuk membuat lingkungan kelas lebih kolaboratif. Ia mengundang ahli fusi PSFC untuk berkontribusi. Dalam lingkungan “pembelajaran kolektif” ini, siswa memperluas penelitian dari kelas sebelumnya, menciptakan dasar untuk magnet HTS dan kumparan yang dapat dilepas.

Seperti sebelumnya, inovasi yang dieksplorasi telah menghasilkan makalah yang diterbitkan. Penulis utama saat itu adalah mahasiswa Pascasarjana Brandon Sorbom PhD ’17. Dia memperkenalkan komunitas fusi ke ARC, mendeskripsikannya dalam judul artikel sebagai “pabrik percontohan dan sains nuklir fusi yang kompak, medan tinggi, dan dengan magnet yang dapat dilepas.” Karena ARC adalah proyek yang terlalu besar untuk dipikirkan segera untuk dibangun, Whyte dan beberapa postdocs dan mahasiswanya akhirnya mulai berpikir tentang bagaimana mereka dapat mempelajari elemen terpenting dari konsep ARC dalam perangkat yang lebih kecil.

Jawabannya adalah SPARC, berdasarkan pengalaman yang didapat dari konsepsi Vulcan dan ARC. Eksperimen energi fusi bersih bidang tinggi yang ringkas ini telah menjadi kolaborasi antara MIT dan Commonwealth Fusion Systems (CFS), startup berbasis di Cambridge, Massachusetts yang diunggulkan dengan 22,63 talenta. Bob Mumgaard dan Dan Brunner, yang membantu merancang Vulcan, bertanggung jawab atas CFS, begitu pula Brandon Sorbom. Asisten Profesor MIT NSE Zach Hartwig, yang berpartisipasi sebagai mahasiswa dalam proyek Vulcan, juga terlibat dalam proyek dan evolusi SPARC.

Pertanyaan ekonomi

Kursus tersebut telah menjadi inkubator bagi para peneliti yang tertarik untuk menggunakan teknologi terbaru untuk membayangkan kembali seberapa cepat pembangkit listrik fusi akan dimungkinkan. Ini membantu mengalihkan fokus PSFC dari Alcator C-Mod, yang mengakhiri operasinya pada 2016, ke SPARC dan ARC, dan inovasi teknologi. Dalam prosesnya, PSFC, yang program mergernya sebagian besar didanai oleh Departemen Energi A.S., menyadari bahwa mereka juga perlu memperluas sponsor penelitiannya ke pendanaan swasta.

Diskusi dengan sektor swasta telah membawa pulang persyaratan tidak hanya untuk kelayakan teknis, tetapi untuk membuat merger menjadi produk yang menarik secara ekonomi. Ini mengilhami Whyte untuk menambahkan kendala ekonomi ke proyek kelas 22,63 2020, dengan mencatat “itu mengubah cara Anda berpikir tentang desain menyerang”. Hasilnya, dia menambah staf pengajar untuk memasukkan Eric Ingersoll, pendiri dan CEO LucidCatalyst dan TerraPraxis. Bersama-sama mereka membayangkan aplikasi baru dan pasar yang dapat menggunakan fusi sebagai sumber energi bebas karbon yang intens – pengiriman internasional.

Sifat virtual kursus tahun ini menawarkan kesempatan unik bagi sejumlah siswa, doktoral, dan profesor untuk Universitas Princeton untuk bergabung dengan kelas sebagai sukarelawan, dengan maksud untuk membuat kursus terstruktur serupa di Princeton. Mereka telah terintegrasi dengan siswa dan instruktur MIT menjadi empat tim yang bekerja secara saling bergantung untuk merancang metode on-board untuk menghasilkan bahan bakar amonia untuk mesin kapal. Alat itu diberi nama “ARCH”, H yang artinya Hidrogen. Dengan membuat inovasi dalam konsep fusi, terutama yang difokuskan pada peningkatan material dan penghilangan panas, tim telah menunjukkan bahwa hal itu dapat memenuhi tujuan ekonomi.

Untuk mahasiswa pascasarjana MIT Rachel Bielajew, bagian dari Tim Integrasi Sistem, yang berfokus pada ekonomi proyek memberikan pengalaman yang sangat berbeda dari kelas lain dan penelitian sehari-hari.

“Sangat memotivasi untuk memiliki tujuan ekonomi yang memandu pilihan desain,” katanya. “Kelas juga meyakinkan saya bahwa jalan menuju reaktor fusi yang sukses adalah multidisiplin dan ada penelitian penting yang harus dilakukan di banyak bidang.”

Perjalanan mengajar Whyte baginya sama transformatifnya dengan murid-muridnya.

“Jika Anda memberi kaum muda waktu, alat, dan ruang imajinatif untuk bekerja sama menuju tujuan yang bermakna – sulit membayangkan kekuatan yang lebih kuat,” katanya. “Kelas dan inovasi yang diberikan oleh upaya kolektif siswa telah mengubah pandangan saya tentang dunia, dan, saya yakin, prospek energi fusi.”

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.