Aider à faire de la fusion nucléaire une réalité au MIT

MIT Rachel Bielajew, étudiante en doctorat, s’attaque à un projet de recherche sur la fusion. plasma La turbulence du plasma, et contribue à rendre le monde meilleur – par la science et l’action communautaire.

Jusqu’à ce qu’elle serve dans le Corps de la Paix au Malawi, Rachel Bielajew était ouverte à un redémarrage de carrière. Après avoir étudié l’ingénierie nucléaire en tant que diplômée de l’université du Michigan à Ann Arbor, elle avait pensé à faire des études supérieures. Mais le fait de voir les effets dramatiques du changement climatique se manifester en temps réel au Malawi – la vie des agriculteurs de subsistance du pays bascule en fonction des pluies – a convaincu Rachel Bielajew de l’importance du génie nucléaire. Mme Bielajew a été frappée de constater que ses élèves du secondaire de la petite ville de Chisenga avaient une compréhension chancelante des mathématiques, mais qu’ils comprenaient tous le réchauffement de la planète. “Le concept de l’évolution du monde due à l’impact de l’homme était évident, et ils le voyaient”, explique Mme Bielajew.

Mme Bielajew souhaitait travailler sur des solutions susceptibles d’avoir un impact positif sur les problèmes mondiaux et de nourrir son amour de la physique. Le génie nucléaire, en particulier l’étude de la fusion comme source d’énergie sans carbone, répondait à ces deux critères. Mme Bielajew est maintenant une candidate au doctorat de quatrième année au département des sciences et du génie nucléaires (SNG). Elle effectue des recherches sur la fusion par confinement magnétique au Plasma Science and Fusion Center (PSFC) avec le professeur Anne White.

Affronter les défis de front fait partie de la boîte à outils de Rachel Bielajew depuis qu’elle a grandi à Ann Arbor, dans le Michigan. Crédit : Gretchen Ertl

La recherche sur le grand défi de la fusion

Il faut confiner efficacement le plasma afin de générer des températures extrêmement élevées (100 millions de degrés). Celsius) dont la fusion a besoin, sans faire fondre les parois du tokamak, le dispositif qui accueille ces réactions. Les aimants peuvent faire l’affaire, mais “les plasmas sont étranges, ils se comportent bizarrement et sont difficiles à comprendre”, explique M. Bielajew. De petites instabilités dans le plasma peuvent se transformer en turbulences fluctuantes susceptibles de faire sortir la chaleur et les particules de la machine.

En mode de confinement élevé, les bords du plasma ont moins de tolérance pour un tel comportement indiscipliné. “Les turbulences sont amorties et cisaillées sur les bords”, explique M. Bielajew. Cela peut sembler être une bonne chose, mais les plasmas à haut degré de confinement ont leurs propres défis. Ils sont si étroitement liés qu’ils créent des modes localisés sur le bord (ELM), des salves de particules et d’énergie nuisibles, qui peuvent être extrêmement dommageables pour la machine.

Les questions auxquelles Bielajew cherche à répondre : Comment obtenir un confinement élevé sans ELMs ? Comment la turbulence et le transport jouent-ils un rôle dans les plasmas ? “Nous ne comprenons pas entièrement la turbulence, même si nous l’étudions depuis longtemps”, explique M. Bielajew. “C’est un problème important à résoudre pour que la fusion devienne une réalité. J’aime ce défi”, ajoute M. Bielajew.

L’amour de la science

Affronter ces défis de front fait partie de la boîte à outils de Mme Bielajew depuis qu’elle a grandi à Ann Arbor, dans le Michigan. Son père, Alex Bielajew, est professeur d’ingénierie nucléaire à l’université du Michigan, et la mère de Mme Bielajew a également poursuivi des études supérieures.

Les parents de Mme Bielajew l’ont encouragée à suivre sa propre voie, qui l’a menée à la profession choisie par son père : l’ingénierie nucléaire. Lorsqu’elle a décidé de poursuivre ses recherches sur la fusion, le MIT s’est imposé comme une école sur laquelle elle pouvait jeter son dévolu. “Je savais que le MIT disposait d’un vaste programme dans le domaine de la fusion et d’un grand nombre de professeurs dans ce domaine”, explique Mme Bielajew. Les modalités de la candidature ont été difficiles : Chisenga n’ayant qu’un accès limité à Internet, Bielajew a dû monter à l’arrière d’une camionnette pour rencontrer un ami dans une ville située à quelques heures de là et utiliser son téléphone comme hotspot pour envoyer les documents.

Une ténacité similaire est apparue dans l’approche de Bielajew en matière de recherche pendant la pandémie de Covid-19. À partir d’un plan, Bielajew a construit le diagnostic par émission cyclotronique de corrélation, qui mesure les fluctuations turbulentes de la température des électrons. Grâce à une collaboration, Bielajew mène ses recherches sur le plasma au tokamak ASDEX Upgrade en Allemagne. Traditionnellement, Mme Bielajew expédiait le diagnostic en Allemagne, le suivait et l’installait, puis menait ses recherches en personne. La pandémie ayant bouleversé les plans, Mme Bielajew a expédié le diagnostic et s’est appuyée sur les membres de l’équipe pour l’installer. Elle fait un zoom dans la salle de contrôle et fait confiance aux autres pour mener les expériences sur le plasma.

DEIavocat

Mme Bielajew est très active dans un autre domaine : l’amélioration de la diversité, de l’équité et de l’inclusion (DEI) dans sa propre cour. Ayant grandi avec l’encouragement de ses parents et dans un environnement qui n’a jamais douté de sa place en tant que femme dans le domaine de l’ingénierie, Mme Bielajew se rend compte que tout le monde n’a pas les mêmes chances. “J’aimerais que le monde soit tel que je n’aie qu’à me préoccuper de mes recherches, mais ce n’est pas le cas”, déclare Mme Bielajew. Si la science peut résoudre de nombreux problèmes, les problèmes plus fondamentaux en matière d’équité nécessitent que les humains agissent de manière spécifique, souligne-t-elle. “Je veux voir plus de femmes représentées, plus de personnes de couleur. Tout le monde a besoin d’une voix pour construire un monde meilleur”, déclare Mme Bielajew.

Pour y parvenir, Mme Bielajew a co-lancé l’initiative NSE’s Programme d’aide à la candidature pour les diplômésqui met en relation des candidats étudiants sous-représentés avec des mentors des SNG. Elle a été responsable de la DEI au sein du groupe d’étudiants des SNG, ANS, et est très impliquée dans le comité DEI du département.

En ce qui concerne les recherches futures, Mme Bielajew espère se concentrer sur les expériences qui l’amènent à remettre en question les paradigmes existants sur les plasmas sous haut confinement. Bielajew a enregistré plus de moments de réflexion que de moments de réflexion. Les mesures effectuées dans le cadre de ses expériences soulignent la nécessité d’une étude plus approfondie.

Les chiens de Mme Bielajew, Dobby et Winky, lui tiennent compagnie dans tout cela. Ils sont rentrés avec elle du Malawi.