Qué necesitas saber antes
- Un enfoque diferente para los materiales de fusión A lo largo de las últimas décadas, los investigadores han estudiado el comportamiento de los materiales en condiciones de fusión mediante métodos que incluyen la exposición de muestras de prueba a partículas de baja energía y su colocación en reactores de fisión nuclear.
- “LMNT da inicio a una nueva era en la investigación de fusión en el MIT, buscando abordar los mayores desafíos de esta tecnología en un plazo que responde a la urgencia del cambio energético”, declara Nuno Loureiro, director del PSFC y catedrático de Física.
- El LMNT contará con cuatro áreas experimentales dedicadas a la investigación en ciencia de materiales, construidas dentro de la bóveda de hormigón del PSFC, que antaño albergó el tokamak Alcator C-Mod, un referente en experimentos de fusión.
La energía de fusión representa una vía prometedora para la transición energética, la mejora de la seguridad nacional en el suministro energético y el impulso de la inteligencia artificial. Empresas del sector privado han realizado inversiones superiores a 8.000 millones de dólares con el fin de desarrollar esta tecnología y aprovechar sus beneficios. Sin embargo, uno de los retos más urgentes es identificar materiales que sean rentables y capaces de soportar condiciones extremas, como plasmas de hasta 150 millones de grados y un intenso bombardeo de partículas.
Para abordar este desafío, el Centro de Ciencia del Plasma y Fusión (PSFC) del MIT ha inaugurado el Laboratorio Schmidt de Materiales en Tecnologías Nucleares (LMNT), con el apoyo de un consorcio filantrópico liderado por Eric y Wendy Schmidt. El objetivo del LMNT es acelerar el descubrimiento y la selección de materiales para los diversos componentes necesarios en las plantas de energía de fusión.
El PSFC aprovecha su experiencia en fusión y ciencia de materiales, reutilizando infraestructura de investigación ya existente y colaborando estrechamente con empresas líderes en el sector de fusión. De esta manera, se busca acelerar el desarrollo de materiales imprescindibles para llevar a cabo la comercialización de la energía de fusión en un futuro cercano. Además, el LMNT también desarrollará y evaluará materiales para plantas nucleares y experimentos avanzados de física de partículas.
Zachary Hartwig, director del LMNT y profesor asociado en el Departamento de Ciencias e Ingeniería Nuclear (NSE), comenta que “en este momento necesitamos tecnologías capaces de desarrollar y probar rápidamente materiales que faciliten la comercialización de la energía de fusión. La misión del LMNT abarca desde la ciencia de descubrimiento hasta la selección de materiales que se emplearán en la construcción de plantas de fusión en los próximos años”.
Un enfoque diferente para los materiales de fusión
A lo largo de las últimas décadas, los investigadores han estudiado el comportamiento de los materiales en condiciones de fusión mediante métodos que incluyen la exposición de muestras de prueba a partículas de baja energía y su colocación en reactores de fisión nuclear. Sin embargo, estos métodos presentan importantes limitaciones. Las partículas de baja energía solo alteran la superficie de los materiales, y la irradiación en reactores de fisión no refleja con exactitud el daño causado en la fusión. Además, este proceso es costoso y requiere años de investigación y equipos especializados.
Para superarlo, los investigadores del MIT y otras instituciones están explorando el uso de haces de protones de alta energía para simular los daños en los materiales en entornos de fusión. Estos haces se pueden ajustar para replicar el daño que se espera en las plantas de fusión, y penetran lo suficientemente profundo en las muestras para proporcionar información valiosa sobre cómo la exposición afecta su integridad estructural.
Además, la velocidad es un factor crucial: los haces de protones pueden dañar simultáneamente múltiples muestras, permitiendo que se analicen en días en lugar de años. Los protones de alta energía pueden generarse mediante un ciclotrón, una tecnología comúnmente utilizada en el ámbito de la salud. Por lo tanto, el LMNT se construirá en torno a un ciclotrón económico y accesible.
El LMNT contará con cuatro áreas experimentales dedicadas a la investigación en ciencia de materiales, construidas dentro de la bóveda de hormigón del PSFC, que antaño albergó el tokamak Alcator C-Mod, un referente en experimentos de fusión. Esta reutilización del espacio permitirá acelerar costes y tiempos en la investigación.
Experiencia
El equipo del PSFC, con experiencia en proyectos destacados como los tokamaks Alcator y en el desarrollo de imanes superconductores de alta temperatura, supervisará el diseño y funcionamiento del laboratorio, asegurando un avance rápido hacia la realidad del LMNT. Se espera que el ciclotrón llegue a finales de 2025 y que las operaciones experimentales comiencen a principios de 2026.
“LMNT da inicio a una nueva era en la investigación de fusión en el MIT, buscando abordar los mayores desafíos de esta tecnología en un plazo que responde a la urgencia del cambio energético”, declara Nuno Loureiro, director del PSFC y catedrático de Física. “Es un proyecto valiente y esencial, que aborda el tiempo que necesitamos para hacer frente a este reto”.
La singularidad de este proyecto reside en que fusiona recursos existentes (infraestructura de investigación, tecnologías disponibles y la experiencia del MIT) para atacar el recurso más escaso en la lucha contra el cambio climático: el tiempo. A través del LMNT, se busca permitir que los investigadores trabajen de manera ágil en la fusión, la energía nuclear y otras tecnologías críticas para el futuro energético, enfatiza Elsa Olivetti, profesora de Ingeniería.
Además de fomentar la investigación, el LMNT servirá como plataforma para la formación de estudiantes en campos cada vez más relevantes como la tecnología de fusión. Su ubicación en el campus principal del MIT proporcionará a los estudiantes la oportunidad de participar en proyectos de investigación y contribuir a la gestión del laboratorio, manteniendo así la formación práctica que caracteriza al PSFC, y demostrando que la experiencia directa es vital para el desarrollo de profesionales en el sector de la fusión.
Benoit Forget, director de NSE, subraya que “este laboratorio ofrecerá a los estudiantes acceso a una capacidad investigadora única que definirá el futuro de la energía de fusión y fisión”.
Acelerando el progreso en grandes desafíos
El apoyo filantrópico ha permitido al LMNT consolidarse rápidamente, pasando del concepto a la instalación en apenas un año y medio, un tiempo ágil para un proyecto investigador de gran envergadura.
“Estoy igual de entusiasmado con este enfoque de investigación como con la ciencia de materiales. Se demuestra cómo la filantropía y las capacidades del MIT pueden converger para crear algo transformador: una nueva instalación que ayude a avanzar en el desarrollo de materiales de fusión”, destaca Hartwig.
Mediante esta metodología, el PSFC está llevando a cabo una importante colaboración entre el sector público y privado en energía de fusión, estableciendo un modelo de investigación que la comunidad estadounidense de fusión apenas comienza a explorar y subrayando el papel esencial que las universidades pueden desempeñar en la aceleración de los avances en materiales y tecnologías necesarios para la energía de fusión.
“Las universidades han sido históricamente pioneras en abordar los grandes retos de la sociedad, y la búsqueda de nuevas fuentes de energía frente al cambio climático exige abordajes audaces y rentables”, afirma Ian Waitz, vicepresidente de investigación del MIT. “El LMNT está ayudando a convertir la energía de fusión de un sueño a una realidad palpable en un corto plazo”.
