Garder un œil sur la technologie des aimants à fusion du futur

SPARC Tokamak Rendering
Rendu de tokamak SPARC

Rendu de SPARC, un tokamak compact à haut champ à gravure DT, actuellement en cours de conception par une équipe du Massachusetts Institute of Technology et du Commonwealth Fusion Systems. Sa mission est de créer et de confiner un plasma qui produit de l’énergie de fusion nette. Crédit : CFS/MIT-PSFC, Rendu CAD par T. Henderson

La carrière de premier cycle de Daniel Korsun à AVEC l’a préparé à approfondir la technologie et la conception des aimants à fusion.

« C’était ton échauffement. Maintenant, nous sommes vraiment dans le vif du sujet.

Daniel Korsun ’20 revient sur ses quatre années de préparation au premier cycle et de recherche au MIT alors qu’il entre dans « l’épaisseur » des études supérieures au Plasma Science and Fusion Center (PSFC) de l’Institut. L’« échauffement » de l’étudiant en sciences et ingénierie nucléaires comprenait suffisamment de recherches sur la fusion sur le tokamak SPARC pour l’intégrer à la communauté PSFC.

« J’ai déjà ce réseau de pairs, de professeurs et de personnel, note-t-il avec enthousiasme. « Je m’entraîne un peu pour ça depuis quatre ans.

Korsun est arrivé sur le campus du MIT en 2016 prêt à se concentrer sur la chimie, mais a rapidement développé une fascination pour le côté nucléaire de la physique. Reportant l’un de ses cours de premier cycle, il s’est livré au cours d’introduction à la science nucléaire du professeur Mike Short. Après cela, il a été « super accro », en particulier au sujet de la fusion, une source d’énergie sans carbone et potentiellement infinie.

Daniel Korsun

L’étudiant diplômé du MIT, Daniel Korsun, tient une bobine de la bande supraconductrice à haute température qui a fait l’objet de ses recherches, alors qu’il se tient à côté du cyclotron qu’il utilise dans ses expériences. Crédit : Steve Jepeal

Apprenant de sa collègue de classe Monica Pham ’19 l’ouverture d’un programme d’opportunités de recherche de premier cycle (UROP) d’été au PSFC, Korsun a postulé et s’est rapidement retrouvé dans le laboratoire de l’accélérateur du centre, qui coopère conjointement avec le Département des sciences et de l’ingénierie nucléaires. (NSE).

« J’ai toujours été intéressé par l’énergie propre, l’énergie solaire avancée et le changement climatique. Quand je suis entré dans les profondeurs de la fusion, en voyant ce que faisait le PSFC, rien de comparable. »

L’enthousiasme continu de Korsun pour la recherche au PSFC l’a finalement conduit au programme de recherche de premier cycle SuperUROP du MIT au cours de sa première année. Guidé par le professeur adjoint de NSE Zach Hartwig et ses étudiants diplômés, Korsun s’est familiarisé avec la recherche sur la fusion qui reste son objectif aujourd’hui, y compris SPARC, une expérience de fusion de nouvelle génération qui est le prototype d’un four à fusion de production d’énergie appelé ARC.

Ces deux conceptions de tokamak sont développées par le MIT en association avec Commonwealth Fusion Systems (CFS) et dépendent d’une bande supraconductrice à haute température (HTS) révolutionnaire. Les aimants créés à partir de cette bande s’enrouleront autour de la chambre à vide en forme de beignet du tokamak, confinant la chaleur plasma.

Korsun explore l’effet du rayonnement, produit pendant le processus de fusion, sur les bandes HTS. Pour ce faire, il doit tester le courant critique des bandes, la quantité maximale de courant qu’un supraconducteur peut conduire tout en restant dans un état supraconducteur. Étant donné que les dommages causés par les radiations ont un impact sur la capacité des supraconducteurs à transporter le courant, le courant critique des bandes change en fonction de la quantité d’irradiation.

« Vous pouvez irradier n’importe quoi à température ambiante », note-t-il. « Vous venez de le faire exploser avec des protons ou des neutrons. Mais ces informations ne sont pas vraiment utiles, car vos aimants SPARC et ARC seront à des températures cryogéniques et fonctionneront également dans des champs magnétiques extrêmement puissants. Et si ces basses températures et ces champs élevés avaient réellement un impact sur la façon dont le matériau réagit aux dommages ? »

Poursuivant cette question en tant qu’étudiant de premier cycle, il l’a emmené avec ses coéquipiers jusqu’au Japon et en Nouvelle-Zélande, où ils ont pu utiliser des installations spéciales pour tester le courant critique de la bande HTS dans des conditions appropriées. « Lors de notre voyage au Japon au High Field Laboratory for Superconducting Materials de l’Université de Tohoku, nous avons effectué les tout premiers tests du projet SPARC sur une bande HTS au champ magnétique et à la température réels du champ toroïdal SPARC. C’était un voyage épuisant – nous travaillions généralement environ 15 ou 16 heures par jour dans le laboratoire – mais incroyable. »

La nécessité de quitter le campus au printemps de sa dernière année en raison du verrouillage de Covid signifiait que Korsun serait diplômé virtuellement.

« Ce n’était pas idéal. Je ne suis pas du genre à rester assis sur le canapé de mes parents pendant six mois.

Il a profité au maximum de son été pour décrocher un stage virtuel au CFS, où il a aidé à affiner la conception de l’ARC sur la base des enseignements tirés de la recherche SPARC.

“Des quantités folles de connaissances ont été acquises qui n’étaient même pas insondables il y a cinq ans, quand il a été conçu.”

Korsun attend avec impatience le jour où SPARC fonctionnera, inspirant encore plus de mises à jour de la conception de l’ARC.

« Il est si facile d’être enthousiasmé par SPARC », dit-il. « Tout le monde l’est, et je le suis aussi. Mais ce n’est pas tout à fait l’objectif final. Nous devons garder un œil sur la distance.

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