La energía de fusión promete impulsar la transición de los combustibles fósiles, fortalecer la seguridad energética nacional y alimentar la inteligencia artificial. Las empresas privadas han invertido más de 80 mil millones de dólares en el desarrollo de tecnologías de fusión comercial. Sin embargo, descubrir y evaluar materiales económicamente eficientes que puedan soportar condiciones extremas a largo plazo (como plasma a 150 millones de grados y fuerte bombardeo de partículas) es un desafío urgente actual.

Para abordar este desafío, el Centro de Ciencia de Plasma y Fusión (PSFC) del MIT ha establecido el Laboratorio de Materiales para Tecnologías Nucleares Schmidt (LMNT). Este laboratorio, respaldado por la fundación filantrópica liderada por Eric y Wendy Schmidt, busca acelerar el descubrimiento y selección de materiales para varios componentes de plantas de fusión.

El PSFC aprovecha su experiencia en fusión y ciencia de materiales, reutiliza la infraestructura de investigación existente y colabora estrechamente con empresas privadas líderes en fusión para impulsar el rápido desarrollo de materiales necesarios para la comercialización de la energía de fusión. LMNT también ayudará a desarrollar y evaluar materiales para plantas nucleares, experimentos de física de partículas de próxima generación y otras aplicaciones científicas e industriales. Zachary Hartwig, subprofesor del Departamento de Nuclear Science and Engineering y director de LMNT, dijo que hoy se necesita tecnología para desarrollar y probar materiales rápidamente para respaldar la comercialización de la energía de fusión; la misión de LMNT es explorar la ciencia y, en última instancia, ayudar a seleccionar los materiales para las plantas de fusión que se construirán en los próximos años.

Durante décadas, los investigadores han entendido el comportamiento de los materiales en condiciones de fusión exponiéndolos a haces de partículas de baja energía o colocándolos en el núcleo de reactores de fisión nuclear, pero estos métodos tienen limitaciones. Los haces de partículas de baja energía solo irradian la capa superficial más delgada de los materiales, la irradiación por fisión no puede replicar con precisión los mecanismos de daño de materiales por fusión, y la irradiación por fisión es costosa, consume tiempo y requiere instalaciones especializadas.

Para superar estos obstáculos, el MIT y sus instituciones pares están explorando el uso de haces de protones de alta energía para simular el daño de materiales en entornos de fusión. Los haces de protones se pueden ajustar para igualar el nivel de daño esperado en plantas de fusión, penetran profundamente en las muestras de prueba y pueden dañar docenas de muestras de materiales rápidamente, completando las pruebas en días. Los haces de protones de alta energía se pueden generar con ciclotrones comúnmente utilizados en la industria de la salud; LMNT se construirá alrededor de un ciclotrón económico, fácilmente accesible y altamente confiable.

LMNT establecerá cuatro áreas experimentales especializadas para investigación en ciencia de materiales alrededor del ciclotrón. El laboratorio se construirá dentro de la gran cúpula de concreto blindado del PSFC, que alguna vez albergó el tokamak Alcator C-Mod. Reutilizar el espacio antiguo evita la ingeniería de nueva construcción a gran escala y acelera el progreso de la investigación. El equipo senior del PSFC, que ha liderado múltiples proyectos importantes, supervisará el diseño, construcción y operación de LMNT; se espera recibir el ciclotrón a finales de 2025 e iniciar las operaciones experimentales a principios de 2026.

Nuno Loureiro, director del PSFC, dijo que LMNT marca el comienzo de una nueva era en la investigación de fusión nuclear en el MIT, esforzándose por superar los desafíos tecnológicos de la fusión nuclear en una escala de tiempo que coincida con la urgencia del problema de transición energética. Elsa Olivetti, profesora de ingeniería Jerry McAfee y directora de la tarea del Proyecto Climático del MIT, dijo que este proyecto integra recursos existentes para compensar el recurso clave que falta en la respuesta al cambio climático: el tiempo; los investigadores del MIT podrán actuar de inmediato y avanzar rápidamente en la investigación.

Además de avanzar en la investigación, LMNT proporcionará una plataforma educativa y de capacitación para estudiantes en el campo de la tecnología de fusión. Ubicado en el campus principal del MIT, los estudiantes podrán liderar proyectos de investigación y asistir en la gestión de las operaciones de las instalaciones, continuando el modo de enseñanza práctica del PSFC que enfatiza la participación directa en investigaciones a gran escala. Benoit Forget, jefe del Departamento de Nuclear Science and Engineering, señaló que el nuevo laboratorio proporcionará a los estudiantes capacidades de investigación únicas, ayudando a dar forma al futuro de la energía de fusión y fisión nuclear.

El apoyo filantrópico ha transformado LMNT de un concepto a una instalación en solo un año y medio. Hartwig enfatizó que la filantropía enfocada combinada con las fortalezas del MIT ha creado una nueva instalación transformadora. El PSFC está implementando una importante colaboración público-privada en el campo de la energía de fusión, demostrando el rol clave de la universidad en acelerar los materiales y tecnologías necesarios para la energía de fusión. Ian Waitz, vicepresidente de investigación del MIT, dijo que LMNT está ayudando a convertir la energía de fusión nuclear de un sueño a largo plazo en una realidad cercana.