En ny studie tyder på att universiteten har en viktig roll att fylla i den fortsatta tillväxten och framgången för alla moderna högteknologiska industrier, och särskilt den begynnande fusionsindustrin; betydelsen av den rollen återspeglas dock inte i antalet fusionsorienterade fakultets- och utbildningskanaler som för närvarande finns tillgängliga.
Akademins lyhördhet för födelsen av andra moderna vetenskapliga områden, såsom flygteknik och kärnklyvning, ger en mall för de steg universitet kan vidta för att möjliggöra en robust fusionsindustri.
Författad av Dennis Whyte, Hitachi America Professor of Engineering och chef för Plasma Science and Fusion Center vid MIT; Carlos Paz-Soldan, docent i tillämpad fysik och tillämpad matematik vid Columbia University; och Brian D. Wirth, guvernörens ordförande professor i Computational Nuclear Engineering vid University of Tennessee, publicerades uppsatsen nyligen i tidskriften Physics of Plasmas .
Med bidrag från författare inom den akademiska världen, myndigheter och privat industri, skisserar samlingen ett ramverk för offentlig-privata partnerskap som kommer att vara avgörande för framgången för fusionsindustrin.
Fusion, som nu ses som en potentiell källa till obegränsad grön energi, är samma process som driver solen – väteatomer kombineras för att bilda helium och frigör enorma mängder ren energi i form av ljus och värme.
Spänningen kring fusionens ankomst har resulterat i spridningen av dussintals vinstdrivande företag som positionerar sig i framkanten av den kommersiella fusionsenergiindustrin. Inom den närmaste framtiden kommer dessa företag att kräva ett betydande nätverk av fusionskunniga arbetare för att ta sig an olika uppgifter som kräver en rad olika färdigheter.
Samtidigt som författarna erkänner den privata industrins roll, särskilt som en allt mer dominerande källa till forskningsfinansiering, visar de också att akademin är och kommer att fortsätta att vara avgörande för branschens utveckling, och den kan inte frikopplas från den privata industrins tillväxt. Trots bevisen på detta växande intresse är storleken och omfattningen av fältets akademiska nätverk vid USA-baserade universitet sparsamt.
Whyte säger, "Att diversifiera [fusion]-fältet genom att lägga till fler spår för masterstudenter och studenter som kan övergå till industrin snabbare är ett viktigt steg."
En analys fann att även om det finns 57 universitet i USA som är aktiva inom plasma- och fusionsforskning, är det genomsnittliga antalet anställda eller anställda plasma-/fusionsfakultetar vid varje institution bara två. Som jämförelse visade ett urval av US News och World Reports topp 10 program för kärnklyvning och flyg/astronautik i genomsnitt nästan 20 lärare som ägnas åt fission och 32 till aero/astro.
"Universitetsprogram inom fusion och deras sponsorer måste förbättra sitt spel och anställa ytterligare lärare om de vill tillhandahålla den nödvändiga arbetskraften för att stödja en växande amerikansk fusionsindustri", tillägger Paz-Soldan.
Tillväxten och spridningen av dessa fält och andra, såsom datorer och bioteknik, var historiskt sett i lås med skapandet av akademiska program som hjälpte till att driva fältens framsteg och breda acceptans. Att skapa en liknande väg för fusion är avgörande för att säkerställa dess hållbara tillväxt, och som Wirth noterar, "denna tillväxt bör eftersträvas på ett sätt som är tvärvetenskapligt över många ingenjörs- och vetenskapsdiscipliner."
Vid MIT finns ett exempel på den vägen på Plasma Science and Fusion Center.
Centret har djupa historiska band till statliga forskningsprogram, och det största fusionsföretaget i världen, Commonwealth Fusion Systems (CFS), drevs ut ur PSFC av Whytes tidigare studenter och en postdoc vid MIT. Whyte fungerar också som den primära utredaren i forskningssamarbete med CFS på SPARC, en proof-of-concept fusionsplattform för att främja tokamak-vetenskap som är planerad att slutföras 2025.
"Offentliga och privata roller inom fusionsgemenskapen utvecklas snabbt som svar på tillväxten av privatfinansierad kommersiell produktutveckling", säger Michael Segal, chef för öppen innovation på CFS. "Fusionsindustrin kommer i allt högre grad att förlita sig på sina universitetspartners för att utbilda studenter, arbeta över olika discipliner och genomföra små och medelstora program i snabb takt."
Enligt författarna är en annan viktig anledning till att akademin kommer att förbli avgörande för den fortsatta tillväxten och utvecklingen av fusion att den är okonflikt. Whyte kommenterar, "Vårt mandat är att dela information och utbildning, vilket betyder att vi inte har någon konkurrenskonflikt och innovation kan flöda fritt."
Dessutom är fusionsvetenskap till sin natur multidisciplinär:"[Det] kräver fysiker, datavetare, ingenjörer, kemister, etc., och det är lätt att ta del av alla dessa discipliner i en akademisk miljö där de alla naturligt gnuggar armbågar och samarbetar."
Att skapa en ny energiindustri kommer dock också att kräva en arbetskraft som är kunnig inom andra discipliner än STEM, säger författarna. När fusionsföretag fortsätter att växa kommer de att behöva expertis inom ekonomi, säkerhet, licensiering och marknadsanalys. Alla framgångsrika fusionsföretag kommer också att få stora geopolitiska, samhälleliga och ekonomiska konsekvenser, som alla måste hanteras.
I slutändan finns det flera steg som författarna identifierar för att hjälpa till att bygga kopplingarna mellan akademi och industri som kommer att vara viktiga framöver. Den första är att universiteten erkänner det snabbt föränderliga fusionslandskapet och börjar anpassa sig. "Universiteten måste anamma tillväxten av den privata sektorn inom fusion, erkänna de möjligheter det ger och söka efter ömsesidigt fördelaktiga partnerskap", säger Paz-Soldan.
Det andra steget är att förena utbildningsinstitutionernas uppdrag – okonfliktfri öppen tillgång – med förtätade tidslinjer och egenutvecklade resultat som kommer med privata partnerskap. Samtidigt noterar författarna att privata fusionsföretag bör omfamna den akademiska världens transparens genom att publicera och dela sina resultat genom peer-reviewed tidskrifter, vilket kommer att vara en nödvändig del av att bygga upp branschens trovärdighet.
Det sista steget, säger författarna, är att universiteten blir mer flexibla och kreativa i sina tekniklicensstrategier för att säkerställa att idéer och innovationer hittar sin väg från labbet till industrin.
"Som bransch har vi en unik position eftersom allt är helt nytt", säger Whyte. "Men vi är tillräckligt många historiestudenter för att vi kan se vad som behövs för att lyckas; att kvantifiera statusen för det privata och akademiska landskapet är en viktig strategisk prövosten. Genom att uppmärksamma den nuvarande banan kommer vi förhoppningsvis att vara i en bättre position att arbeta med våra kollegor inom den offentliga och privata sektorn och göra bättre informerade val om hur vi ska gå vidare."
Mer information: D. G. Whyte et al, Det akademiska forskningsekosystemet som krävs för att stödja utvecklingen av fusionsenergi, Physics of Plasmas (2023). DOI:10.1063/5.0167369
Journalinformation: Plasmas fysik
Tillhandahålls av Massachusetts Institute of Technology
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.
