Giúp biến nhiệt hạch hạt nhân thành hiện thực tại MIT

Nghiên cứu sinh tiến sĩ của MIT Rachel Bielajew đang tham gia vào sự hỗn loạn plasma và giúp tạo ra một thế giới tốt đẹp hơn – thông qua khoa học và hành động cộng đồng.

Cho đến khi phục vụ trong Quân đoàn Hòa bình ở Malawi, Rachel Bielajew đã sẵn sàng khởi động lại sự nghiệp. Từng theo học ngành kỹ thuật hạt nhân khi còn là cử nhân tại Đại học Michigan ở Ann Arbor, trường cao học đã nằm trong tâm trí cô. Nhưng chứng kiến những tác động mạnh mẽ của biến đổi khí hậu diễn ra trong thời gian thực ở Malawi – cuộc sống của những người nông dân tự cung tự cấp của đất nước dao động dữ dội, phụ thuộc vào những cơn mưa – đã thuyết phục Bielajew về tầm quan trọng của kỹ thuật hạt nhân. Bielajew đã rất ngạc nhiên khi các học sinh trung học của cô ở thị trấn nhỏ Chisenga hiểu biết về toán học còn kém, nhưng lại hiểu về sự nóng lên toàn cầu. Bielajew nói: “Khái niệm thế giới đang thay đổi do tác động của con người là điều hiển nhiên, và họ có thể nhìn thấy nó.

Bielajew đang tìm kiếm các giải pháp có thể tác động tích cực đến các vấn đề toàn cầu và nuôi dưỡng tình yêu vật lý của cô ấy. Kỹ thuật hạt nhân, đặc biệt là nghiên cứu nhiệt hạch như một nguồn năng lượng không chứa carbon, đã được đánh dấu vào cả hai mục tiêu. Bielajew hiện là ứng viên tiến sĩ năm thứ tư tại Khoa Kỹ thuật và Khoa học Hạt nhân (NSE). Cô nghiên cứu phản ứng tổng hợp từ tính trong Trung tâm Khoa học và Nhiệt hạch Plasma (PSFC) cùng với Giáo sư Anne White.

Nghiên cứu thách thức lớn của nhiệt hạch

Bạn cần phải hạn chế plasma một cách hiệu quả để tạo ra nhu cầu nhiệt hạch ở nhiệt độ cực cao (100 triệu độ C ), mà không làm tan chảy các bức tường của tokamak, thiết bị tổ chức các phản ứng này. Nam châm có thể thực hiện công việc, nhưng “các plasmas rất kỳ lạ, chúng hoạt động kỳ lạ và khó hiểu,” Bielajew nói. Những bất ổn nhỏ trong plasma có thể kết hợp lại thành sự hỗn loạn dao động có thể đẩy nhiệt và các hạt ra khỏi máy.

Trong chế độ giam giữ cao, các cạnh của plasma ít chịu đựng hơn đối với những hành vi ngỗ ngược như vậy. Bielajew nói: “Sự hỗn loạn được giảm bớt và tách ra ở rìa. Điều này có vẻ là một điều tốt, nhưng các plasmas có mật độ giam giữ cao cũng có những thách thức riêng. Chúng được liên kết chặt chẽ đến mức tạo ra các chế độ cục bộ cạnh (ELM), bùng phát các hạt và năng lượng gây hại, có thể gây tổn hại cực kỳ lớn cho máy.

Những câu hỏi mà Bielajew đang tìm cách trả lời: Làm thế nào để chúng ta có được mức giam giữ cao mà không có ELM? Sự hỗn loạn và vận chuyển có vai trò như thế nào trong plasmas? Bielajew nói: “Chúng tôi không hiểu đầy đủ về sự hỗn loạn, mặc dù chúng tôi đã nghiên cứu nó trong một thời gian dài,“ Đây là một vấn đề lớn và quan trọng cần giải quyết để nhiệt hạch trở thành hiện thực. Tôi thích thử thách đó, ”Bielajew nói thêm.

Yêu khoa học

Đối đầu trực tiếp với những thách thức như vậy là một phần trong bộ công cụ của Bielajew kể từ khi cô còn là một đứa trẻ lớn lên ở Ann Arbor, Michigan. Cha cô, Alex Bielajew, là giáo sư kỹ thuật hạt nhân tại Đại học Michigan, và mẹ của Bielajew cũng theo đuổi các nghiên cứu sau đại học.

Cha mẹ của Bielajew khuyến khích cô đi theo con đường riêng của mình và cô thấy nó đã dẫn đến nghề nghiệp mà cha cô đã chọn: kỹ thuật hạt nhân. Một khi cô quyết định theo đuổi nghiên cứu về nhiệt hạch, MIT đã nổi bật như một ngôi trường mà cô có thể đặt mục tiêu. Bielajew nói: “Tôi biết rằng MIT có một chương trình sâu rộng về tổng hợp và rất nhiều giảng viên trong lĩnh vực này. Cơ chế của ứng dụng này rất khó khăn: Chisenga bị hạn chế truy cập Internet, vì vậy Bielajew phải ngồi sau một chiếc xe bán tải để gặp một người bạn ở thành phố cách đó vài giờ và sử dụng điện thoại của anh ấy làm điểm truy cập để gửi tài liệu.

Một sự kiên trì tương tự đã xuất hiện trong cách tiếp cận nghiên cứu của Bielajew trong đại dịch Covid-19. Đang thực hiện một kế hoạch chi tiết, Bielajew đã xây dựng Chẩn đoán phát xạ Cyclotron tương quan, đo lường các dao động nhiệt độ điện tử hỗn loạn. Thông qua sự hợp tác, Bielajew tiến hành nghiên cứu huyết tương của mình tại ASDEX Upgrade tokamak ở Đức. Theo truyền thống, Bielajew sẽ gửi chẩn đoán đến Đức, theo dõi và cài đặt nó, đồng thời tiến hành nghiên cứu trực tiếp. Đại dịch đã làm ảnh hưởng đến kế hoạch, vì vậy Bielajew đã vận chuyển chẩn đoán và dựa vào các thành viên trong nhóm để cài đặt nó. Cô ấy Phóng vào phòng điều khiển và tin tưởng những người khác điều hành các thí nghiệm plasma.

Người ủng hộ DEI

Bielajew đang thực hiện một nỗ lực khác: cải thiện tính đa dạng, công bằng và hòa nhập (DEI) ngay tại sân sau của chính mình. Lớn lên với sự khuyến khích của cha mẹ và trong một môi trường không bao giờ nghi ngờ vị trí của mình như một phụ nữ trong ngành kỹ thuật, Bielajew nhận ra rằng không phải ai cũng có cơ hội như nhau. “Tôi ước rằng thế giới ở một nơi mà tất cả những gì tôi phải làm là quan tâm đến nghiên cứu của mình, nhưng không phải vậy,” Bielajew nói. Trong khi khoa học có thể giải quyết nhiều vấn đề, những vấn đề cơ bản hơn về công bằng cần con người hành động theo những cách cụ thể, cô ấy chỉ ra. “Tôi muốn thấy nhiều phụ nữ được đại diện hơn, nhiều người da màu hơn. Mọi người đều cần có tiếng nói trong việc xây dựng một thế giới tốt đẹp hơn, ”Bielajew nói.

Để đạt được điều đó, Bielajew đã đồng khởi động Chương trình Hỗ trợ Đăng ký Sau Đại học của NSE, chương trình này kết nối các ứng viên sinh viên có trình độ thấp với các cố vấn của NSE. Cô ấy đã từng là viên chức DEI của nhóm sinh viên của NSE, ANS, và rất tham gia vào ủy ban DEI của bộ.

Đối với nghiên cứu trong tương lai, Bielajew hy vọng sẽ tập trung vào các thí nghiệm khiến cô đặt câu hỏi về các mô hình hiện có về plasmas trong điều kiện bị giam giữ cao. Bielajew đã ghi lại nhiều khoảnh khắc “hmm” gãi đầu hơn là những khoảnh khắc “a-ha”. Các phép đo từ các thí nghiệm của cô ấy thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu chuyên sâu hơn.

Những con chó của Bielajew, Dobby và Winky, luôn đồng hành cùng cô ấy. Họ trở về nhà với cô ấy từ Malawi.

Theo Scitechdaily