Para operar sistemas de energía de fusión de manera segura y consistente, los investigadores deben seguir de cerca el comportamiento del combustible de plasma sobrecalentado. Propiedades clave como la temperatura y la densidad afectan directamente la capacidad de sostener las reacciones de fusión. Medir estas condiciones extremas requiere instrumentos avanzados conocidos como diagnósticos, que actúan como ojos y oídos dentro del dispositivo de fusión.
Un nuevo informe respaldado por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) exige una fuerte inversión en las capacidades de diagnóstico de fusión del país. El documento sostiene que mejorar estas herramientas es esencial para brindar al DOE y al Congreso los datos que necesitan para acelerar el desarrollo de plantas de energía de fusión comerciales.
Taller del DOE sobre innovación en medición
El informe surge del Taller sobre necesidades de investigación básica sobre innovación en medición de 2024 del DOE, organizado a través del programa de Ciencias de la energía de fusión (FES) de la Oficina de Ciencias. Luis Delgado-Aparicio, jefe de proyectos avanzados en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del DOE, preside el esfuerzo, con Sean Regan, director de la división experimental del Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester, como copresidente.
Entre los participantes se encontraban expertos de universidades, empresas privadas y laboratorios nacionales como PPPL. Su objetivo era determinar qué tecnologías de diagnóstico y medición se necesitaban con mayor urgencia para mantener el liderazgo estadounidense en energía de fusión y ciencia del plasma. El taller también apoyó los objetivos de la Hoja de Ruta de Ciencia y Tecnología de Fusión del DOE, que “proporciona la base científica y tecnológica para apoyar una industria competitiva de energía de fusión de EE. UU., apuntando a acciones e hitos hasta mediados de la década de 2030”.
“Las innovaciones en medición han conducido y seguirán conduciendo a avances científicos y de ingeniería en los programas de ciencia y tecnología del plasma respaldados por el FES del DOE, en particular la ciencia de la energía de fusión”, dijo Delgado-Aparicio. “Este nuevo informe proporciona resultados sustanciales en siete áreas clave de la ciencia y tecnología del plasma y la fusión. Creemos que tendrá un impacto significativo en las comunidades de fusión públicas y privadas”.
“Los resultados de este informe son un testimonio del papel fundamental que desempeñan los diagnósticos en el avance de la ciencia de la energía de fusión”, dijo Regan. “Al invertir en tecnologías de medición innovadoras, podemos acelerar el progreso hacia la energía de fusión comercial y fortalecer el liderazgo de Estados Unidos en la ciencia del plasma”.
Siete áreas prioritarias en la física del plasma
Setenta investigadores contribuyeron a este informe revisando siete temas principales de la física del plasma financiados por el programa FES del DOE:
- Plasma de baja temperatura.
- Plasma de alta densidad energética.
- Interacciones plasma-material.
- Plasma ardiente producido por fusión por confinamiento magnético (MCF).
- Quema de plasma producida por fusión por confinamiento inercial (ICF).
- Central eléctrica piloto de fusión basada en MCF.
- Central eléctrica de fusión basada en ICF.
Juntos, estos campos amplían la ciencia básica del plasma para el diseño de futuras instalaciones de energía de fusión.
Sensores sólidos, mediciones rápidas y herramientas de inteligencia artificial
Los expertos han identificado varias formas en que el gobierno federal puede fortalecer la capacidad del país para medir el plasma de forma eficaz. Una prioridad es desarrollar diagnósticos que puedan resistir los intensos niveles de radiación que se esperan dentro de las futuras centrales de energía de fusión. Otro es el desarrollo de nuevas técnicas que sean capaces de capturar los eventos extremadamente rápidos que ocurren durante los experimentos ICF.
El informe también destaca el uso de la inteligencia artificial (IA) para agilizar el diseño de sistemas de medición avanzados. Además, exige la creación de una fuerza laboral sólida para atraer y capacitar a la próxima generación de científicos de diagnóstico. Estas capacidades no solo respaldan la energía de fusión, sino que también impulsan un ecosistema de tecnología de plasma más amplio que contribuye a la competitividad económica de Estados Unidos.
“Tanto Louise como yo agradecemos al grupo de trabajo y a los miembros de la comunidad en general por su dedicación y arduo trabajo en la elaboración de este informe”, dijo Regan. “Su experiencia y colaboración han sido fundamentales para identificar las innovaciones críticas necesarias para avanzar en la tecnología de diagnóstico”.
Recomendaciones clave para acelerar la innovación en fusión
El informe hace varias recomendaciones clave:
- Acelerar la innovación: Acelere los avances en la tecnología de medición validando y validando el código de modelado, las herramientas de inteligencia artificial y aprendizaje automático, y los gemelos digitales.
- Establecer una red nacional: Crear una comunidad de innovación en medición integrada con modelos conocidos como lasernets, redes de calibración probabilísticas.
- Formación de la Selección Nacional: Reúna a equipos nacionales para traducir de manera eficiente nuevos conceptos de medición en diagnósticos procesables.
- Calibración estándar: Adoptar un enfoque más sistemático para calibrar los instrumentos de diagnóstico.
- Transferencia de conocimiento al sector privado: Compartir conocimientos de diagnóstico y experiencia operativa de instituciones públicas con empresas privadas de fusión.
- Invierta en una cartera de trabajadores: Ampliar los esfuerzos de desarrollo de la fuerza laboral para satisfacer las necesidades de las plantas piloto de fusión.
- Planifique ahora para operaciones remotas: Los próximos talleres abordarán el equipo de diagnóstico necesario para la operación y el mantenimiento remotos de futuras instalaciones de fusión.
Sobre el informe
El informe completo, incluido un resumen ejecutivo, está disponible en línea.
Delgado-Aparicio y Regan lideran el proyecto con la orientación de Kurt Bolton de FES. Los grupos de trabajo desarrollaron capítulos individuales. El equipo del Instituto Oak Ridge para la Ciencia y la Educación ayudó a organizar el taller. B. La asistencia editorial y de gestión de proyectos provino del departamento de comunicaciones de PPPL, incluidos Rose Huber, Raphael Rosen y Kelly Lauren Andrews. La dirección de arte y el diseño están a cargo de Michael Brannigan de Sandbox Studios, con ilustraciones de Ariel Davis.
