Ny undersøgelse viser, hvordan universiteter er kritiske for den nye fusionsindustri

En ny undersøgelse tyder på, at universiteter har en væsentlig rolle at spille i den fortsatte vækst og succes for enhver moderne højteknologisk industri, og især den begyndende fusionsindustri; betydningen af ​​denne rolle afspejles dog ikke i antallet af fusionsorienterede fakultets- og uddannelseskanaler, der i øjeblikket er tilgængelige.

Akademikernes lydhørhed over for fødslen af ​​andre moderne videnskabelige områder, såsom luftfart og nuklear fission, giver en skabelon for de skridt, universiteter kan tage for at muliggøre en robust fusionsindustri.

Forfattet af Dennis Whyte, Hitachi America Professor of Engineering og direktør for Plasma Science and Fusion Center ved MIT; Carlos Paz-Soldan, lektor i anvendt fysik og anvendt matematik ved Columbia University; og Brian D. Wirth, guvernørens formand professor i Computational Nuclear Engineering ved University of Tennessee, blev papiret for nylig offentliggjort i tidsskriftet Physics of Plasmas .

Med bidrag fra forfattere i den akademiske verden, regeringen og den private industri skitserer samlingen en ramme for offentlig-private partnerskaber, som vil være afgørende for fusionsindustriens succes.

Fusion, der nu betragtes som en potentiel kilde til ubegrænset grøn energi, er den samme proces, som driver solen – brintatomer kombineres og danner helium og frigiver enorme mængder ren energi i form af lys og varme.

Spændingen omkring fusionens ankomst har resulteret i spredningen af ​​snesevis af for-profit-virksomheder, der positionerer sig i spidsen for den kommercielle fusionsenergiindustri. I den nærmeste fremtid vil disse virksomheder kræve et betydeligt netværk af fusions-flydende medarbejdere til at påtage sig forskellige opgaver, der kræver en række færdigheder.

Mens forfatterne anerkender den private industris rolle, især som en stadig mere dominerende kilde til forskningsfinansiering, viser de også, at den akademiske verden er og fortsat vil være kritisk for industriens udvikling, og den kan ikke afkobles fra den private industris vækst. På trods af beviserne for denne voksende interesse er størrelsen og omfanget af feltets akademiske netværk på amerikansk-baserede universiteter sparsom.

Whyte udtaler:"Det er et vigtigt skridt at diversificere [fusion]-feltet ved at tilføje flere spor for kandidatstuderende og bachelorstuderende, som kan gå hurtigere ind i industrien."

En analyse viste, at mens der er 57 universiteter i USA, der er aktive inden for plasma- og fusionsforskning, er det gennemsnitlige antal fastansatte eller fastansatte plasma-/fusionsfakultet ved hver institution kun to. Til sammenligning fandt et udsnit af US News and World Reports top 10-programmer for nuklear fission og aeronautik/astronautik et gennemsnit på næsten 20 fakulteter dedikeret til fission og 32 til aero/astro.

"Universitetsprogrammer inden for fusion og deres sponsorer er nødt til at øge deres spil og ansætte yderligere fakulteter, hvis de ønsker at stille den nødvendige arbejdsstyrke til rådighed for at støtte en voksende amerikansk fusionsindustri," tilføjer Paz-Soldan.

Væksten og udbredelsen af ​​disse felter og andre, såsom databehandling og bioteknologi, var historisk set i låsetrin med oprettelsen af ​​akademiske programmer, der hjalp med at drive felternes fremskridt og udbredte accept. At skabe en lignende vej for fusion er afgørende for at sikre dens bæredygtige vækst, og som Wirth bemærker, "bør denne vækst forfølges på en måde, der er tværfaglig på tværs af adskillige ingeniør- og naturvidenskabelige discipliner."

På MIT ses et eksempel på den vej på Plasma Science and Fusion Center.

Centret har dybe historiske bånd til statslige forskningsprogrammer, og den største fusionsvirksomhed i verden, Commonwealth Fusion Systems (CFS), blev spundet ud af PSFC af Whytes tidligere studerende og en MIT postdoc. Whyte fungerer også som den primære efterforsker i forskningssamarbejde med CFS om SPARC, en proof-of-concept fusionsplatform til fremme af tokamak-videnskab, som er planlagt til at være færdig i 2025.

"Offentlige og private roller i fusionssamfundet udvikler sig hurtigt som reaktion på væksten i privat finansieret kommerciel produktudvikling," siger Michael Segal, leder af åben innovation hos CFS. "Fusionsindustrien vil i stigende grad stole på sine universitetspartnere til at uddanne studerende, arbejde på tværs af forskellige discipliner og udføre små og mellemstore programmer hurtigt."

Ifølge forfatterne er en anden kritisk årsag til, at den akademiske verden forbliver afgørende for den fortsatte vækst og udvikling af fusion, fordi den er ukonflikt. Whyte kommenterer:"Vores mandat er at dele information og uddannelse, hvilket betyder, at vi ikke har nogen konkurrencekonflikt, og innovation kan flyde frit."

Desuden er fusionsvidenskab i sagens natur multidisciplinær:"[Det] kræver fysikere, dataloger, ingeniører, kemikere osv., og det er nemt at udnytte alle disse discipliner i et akademisk miljø, hvor de alle naturligt gnider albuer og samarbejder."

At skabe en ny energiindustri vil dog også kræve en arbejdsstyrke, der er uddannet inden for andre discipliner end STEM, siger forfatterne. Efterhånden som fusionsvirksomheder fortsætter med at vokse, vil de få brug for ekspertise inden for økonomi, sikkerhed, licensering og markedsanalyse. Enhver succesfuld fusionsvirksomhed vil også have store geopolitiske, samfundsmæssige og økonomiske konsekvenser, som alle skal styres.

I sidste ende er der flere trin, forfatterne identificerer for at hjælpe med at opbygge forbindelserne mellem den akademiske verden og industrien, som vil være vigtige fremover. Den første er, at universiteterne anerkender det hurtigt skiftende fusionslandskab og begynder at tilpasse sig. "Universiteterne er nødt til at omfavne væksten i den private sektor inden for fusion, anerkende de muligheder, det giver, og opsøge gensidigt fordelagtige partnerskaber," siger Paz-Soldan.

Det andet trin er at forene uddannelsesinstitutionernes mission – ukonflikt åben adgang – med fortættede tidslinjer og proprietære output, der følger med private partnerskaber. Samtidig bemærker forfatterne, at private fusionsvirksomheder bør omfavne den akademiske verden ved at udgive og dele deres resultater gennem peer-reviewede tidsskrifter, hvilket vil være en nødvendig del af opbygningen af ​​industriens troværdighed.

Det sidste skridt, siger forfatterne, er, at universiteterne bliver mere fleksible og kreative i deres teknologilicensstrategier for at sikre, at ideer og innovationer finder vej fra laboratoriet til industrien.

"Som branche er vi i en unik position, fordi alt er helt nyt," siger Whyte. "Men vi er historiestuderende nok til, at vi kan se, hvad der skal til for at lykkes; at kvantificere status for det private og akademiske landskab er en vigtig strategisk prøvesten. Ved at henlede opmærksomheden på den nuværende bane vil vi forhåbentlig være i en bedre position til at arbejde sammen med vores kolleger i den offentlige og private sektor og træffe bedre informerede valg om, hvordan vi skal fortsætte."

Flere oplysninger: D. G. Whyte et al., Det akademiske forskningsøkosystem, der kræves for at understøtte udviklingen af ​​fusionsenergi, Physics of Plasmas (2023). DOI:10.1063/5.0167369

Journaloplysninger: Plasmas fysik

Leveret af Massachusetts Institute of Technology

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.