“La energía de fusión siempre fue uno de esos tipos de tecnologías de ciencia ficción sobre las que lees”, dice el candidato a doctorado en ciencia e ingeniería nuclear Evan Leppink. Está recordando el tiempo antes de que la fusión se convirtiera en parte de su experiencia práctica diaria en el Plasma Science and Fusion Center del MIT, donde está estudiando una forma única de impulsar la corriente en un plasma tokamak utilizando ondas de radiofrecuencia (RF). 

Ahora, un premio del Programa de Investigación de Estudiantes de Posgrado en Ciencias (SCGSR) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) respaldará su trabajo con una residencia de 12 meses en la Instalación Nacional de Fusión DIII-D en San Diego, California.

Como todos los tokamaks, DIII-D genera plasma caliente dentro de una cámara de vacío en forma de dona envuelta con imanes. Debido a que el plasma seguirá las líneas del campo magnético, los tokamaks pueden contener el combustible de plasma turbulento a medida que se vuelve más caliente y denso, manteniéndolo alejado de los bordes de la cámara donde podría dañar los materiales de las paredes. Una parte clave del concepto tokamak es que parte del campo magnético es creado por corrientes eléctricas en el propio plasma, lo que ayuda a confinar y estabilizar la configuración. Los investigadores a menudo lanzan ondas de RF de alta potencia a los tokamaks para impulsar esa corriente.

Leppink contribuirá a la investigación, dirigida por su asesor del MIT, Steve Wukitch, que busca lanzar ondas de RF en DIII-D utilizando una antena compacta única colocada en la columna central del tokamak. Por lo general, las antenas se colocan dentro del tokamak en el borde exterior de la rosquilla, lo más alejado del orificio central (o columna), principalmente porque el acceso y la instalación son más fáciles allí. Esto se conoce como el "lado de campo bajo", porque el campo magnético es más bajo allí que en la columna central, el "lado de campo alto". Este experimento dirigido por el MIT, por primera vez, montará una antena en el lado de alto campo. Existe alguna evidencia teórica de que colocar el lanzador de olas allí podría mejorar la penetración de energía y la eficiencia del impulso actual. Y debido a que el entorno de plasma es menos duro en este lado, la antena sobrevivirá más tiempo,

El trabajo de Leppink en DIII-D se enfoca específicamente en medir la densidad de los plasmas generados en el tokamak, para lo cual desarrolló un “reflectómetro”. Esta pequeña antena lanza microondas al plasma, que se reflejan de regreso a la antena para medir. El tiempo que tardan estas microondas en atravesar el plasma proporciona información sobre la densidad del plasma, lo que permite a los investigadores crear perfiles de densidad detallados, datos críticos para inyectar potencia de RF en el plasma.

“La investigación muestra que cuando tratamos de inyectar estas ondas en el plasma para impulsar la corriente, pueden perder potencia a medida que viajan a través de la región del borde del tokamak, e incluso pueden tener problemas para ingresar al núcleo del plasma, donde más nos gustaría. gusta dirigirlos”, dice Leppink. “Mi diagnóstico medirá con gran detalle esa región del borde en el lado de campo alto cerca del lanzador, lo que nos brinda una forma de verificar directamente los cálculos o comparar los resultados reales con los resultados de la simulación”.

Aunque centrado en su propia investigación, Leppink se ha destacado por preparar a otros estudiantes para que tengan éxito en sus estudios e investigaciones. En 2021 recibió el premio NSE Outstanding Teaching Assistant and Mentorship Award.

“Lo más destacado de TA´ing para mí fueron los momentos en que podía ver a los estudiantes pasar de luchar con un tema difícil a comprenderlo por completo, a menudo con solo un empujón en la dirección correcta y luego permitiéndoles seguir su propia intuición el resto del tiempo. el camino”, dice.

La dirección correcta para Leppink apunta hacia San Diego y los experimentos de conducción de corriente RF en DIII-D. Está agradecido por el apoyo de SCGSR, un programa creado para preparar a estudiantes de posgrado como él para carreras de ciencias, tecnología, ingeniería o matemáticas importantes para la misión de la Oficina de Ciencias del DOE. Brinda oportunidades de investigación de tesis de posgrado a través de una residencia extendida en los laboratorios nacionales del DOE. Ya ha realizado varios viajes a DIII-D, en parte para instalar su reflectómetro, y ha quedado impresionado con el tamaño de la operación.

“Toma un poco de tiempo compartimentar todo y decir, ´OK, bien, aquí está mi parte de la máquina. Esto es lo que estoy haciendo. Definitivamente puede ser abrumador a veces. Pero tengo la suerte de poder trabajar en lo que ha sido el caballo de batalla tokamak de los Estados Unidos durante las últimas décadas”.