Una innovadora tecnología podría acercar la energía de fusión comercial

Para operar la fusión de tal manera que los sistemas funcionen de forma segura y fiable, los científicos necesitan monitorizar las condiciones del combustible de plasma y medir propiedades como la temperatura y la densidad que pueden afectar las reacciones de fusión. Para realizar estas mediciones se requieren sensores especializados conocidos como  sistemas de diagnóstico..

Un nuevo informe patrocinado por el  Departamento de Energía de EE. UU (DOE) recomienda una mayor inversión en las capacidades de diagnóstico de fusión de Estados Unidos, una nueva tecnología crítica que podría proporcionar al DOE y al Congreso información para acelerar la entrega de plantas de energía de fusión comerciales.

El informe se elaboró ​​como parte del Taller sobre Necesidades Básicas de Investigación de 2024 del DOE sobre Innovación en Medición, patrocinado por la  Oficina de Ciencias del DOE,  Ciencias de la energía de fusión (FES). Fue presidido por  Luis Delgado-Aparicio , jefe de proyectos avanzados del  Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía (DOE), y copresidido por Sean Regan, distinguido científico y director de la División Experimental del  Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester. .

Científicos de todas partes

El taller reunió a expertos del mundo académico, la industria privada y laboratorios nacionales como PPPL para identificar las tecnologías críticas de diagnóstico y medición necesarias para avanzar en el liderazgo de EEUU en energía de fusión y tecnologías de plasma. Este taller apoyó los objetivos descritos en la  Hoja de Ruta de Ciencia y Tecnología de Fusión del DOE , que “apunta a acciones y hitos hasta mediados de la década de 2030, proporcionando la base científica y tecnológica para respaldar una industria de energía de fusión estadounidense competitiva”.

“Las innovaciones en medición han impulsado y seguirán impulsando avances científicos e ingenieriles en las actividades de ciencia y tecnología del plasma que apoya el FES del DOE, especialmente en las ciencias de la energía de fusión”, afirmó Delgado-Aparicio. “Este nuevo informe proporciona hallazgos 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, tanto públicas como privadas”.

“Los hallazgos de este informe demuestran el papel crucial del diagnóstico para impulsar la ciencia de la energía de fusión”, afirmó 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”.

El informe resume los hallazgos de 70 investigadores que analizaron siete temas de física del plasma financiados por el programa FES del DOE. Estos incluyen:

• Plasma de baja temperatura.
• Plasma de alta densidad energética.
• Interacción plasma-material
• Plasma ardiente creado a través de fusión por confinamiento magnético (MCF).
• Plasma ardiente creado a través de fusión por confinamiento inercial (ICF).
• Plantas piloto de energía de fusión basadas en MCF.
• Plantas de energía de fusión basadas en ICF.

Los investigadores identificaron maneras en que el gobierno federal podría impulsar la capacidad de los científicos estadounidenses para usar diagnósticos para medir el plasma. Estas oportunidades prioritarias de investigación incluyen la creación de diagnósticos que puedan soportar los niveles de radiación previstos en futuras centrales eléctricas de fusión, la invención de nuevas técnicas de medición que permitan medir los procesos ultrarrápidos involucrados en la ICF, el uso de inteligencia artificial (IA) para acelerar los procesos de diseño de estas innovaciones y el apoyo a una vía sólida para que los científicos se incorporen a la investigación en diagnósticos. Estas mismas capacidades sustentan un ecosistema más amplio de tecnología del plasma, crucial para el liderazgo económico de EE. UU.

“Tanto Luis como yo agradecemos a los miembros de los grupos de trabajo y a la comunidad en general su dedicación y esfuerzo en la elaboración de este informe”, declaró Regan. “Su experiencia y colaboración han sido fundamentales para identificar las innovaciones cruciales necesarias para el avance de las tecnologías de diagnóstico”.

Hallazgos del informe

A continuación se muestra la lista de los principales hallazgos descritos en el informe:

• Acelerar la innovación: el ritmo del progreso de las innovaciones en medición para la comunidad FES, especialmente para lograr energía de fusión nuclear, podría acelerarse mediante la validación y verificación de códigos de modelado de diseño, inteligencia artificial y aprendizaje automático, y el uso de gemelos digitales.
• Establecer una red nacional: La innovación en medición ofrece un hilo conductor fundamental dentro de la comunidad FES y podría contar con un programa basado en LaserNetUS. Dicha comunidad podría llamarse CalibrationNetUS.
• Formar equipos nacionales: Se deben formar equipos nacionales para transformar ideas de innovaciones en medición en diagnósticos funcionales de una manera eficiente y económica.
• Estandarizar las calibraciones: un enfoque más sistemático de las calibraciones de diagnóstico beneficiaría significativamente las innovaciones en medición.
• Transferencia de conocimientos al sector privado: la transferencia de diagnósticos y experiencia operativa del sector público a instalaciones privadas ofrece beneficios sinérgicos a la comunidad científica de la energía de fusión.
• Invertir en una cartera de personal:  las innovaciones en medición necesarias para las plantas piloto de fusión requieren un esfuerzo trascendental de desarrollo de la fuerza laboral.
• Planifique ahora las operaciones remotas: Las innovaciones en medición necesarias para la operación y el mantenimiento remotos de las plantas piloto de fusión deberían ser el tema de futuros talleres.

Descargue aquí el informe