Derek Charles Robinson FRS [1] (27 de mayo de 1941 - 2 de diciembre de 2002) fue un físico que trabajó en el programa de energía de fusión del Reino Unido durante la mayor parte de su carrera profesional. [2] Al estudiar la turbulencia en el reactor ZETA del Reino Unido , ayudó a desarrollar el concepto de pellizco de campo inverso , un área de estudio hasta el día de hoy. Es mejor conocido por su papel en la toma de una medición crítica en el dispositivo T-3 en la URSS en 1969 que estableció al tokamak como el dispositivo de energía de fusión magnética principal hasta el día de hoy. También jugó un papel decisivo en el desarrollo del tokamak esféricodiseño a través de la construcción del dispositivo START , y su continuación, MAST . Robinson estuvo a cargo de partes del programa de fusión de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido desde 1979 hasta que se hizo cargo de todo el programa en 1996 antes de su muerte en 2002.
Primeros años
Robinson nació en Douglas en la Isla de Man . Como su padre estaba en la Royal Air Force , Robinson a menudo se mudaba y pasaba un promedio de dieciocho meses en cualquier escuela primaria. En la escuela secundaria brilló en ciencias y matemáticas y decidió seguir una carrera en física . Su amor por la iglesia y, en particular, por la música de órgano también se originó en este período, cuando cantó en el coro de su iglesia local. [3]
Ingresó en la Universidad Victoria de Manchester y se graduó como el mejor estudiante de física del año. [4] [5] El profesor de Robinson, Brian Flowers, le presentó a los investigadores del Atomic Energy Research Establishment , más conocido simplemente como "Harwell". [5] Fue contratado para completar su doctorado en Física bajo la dirección de Sam Edwards . [3]
Neutrones de ZETA
Harwell operó el dispositivo de fusión más grande, potente y sofisticado, la máquina ZETA (reactor de fusión) . Cuando ZETA comenzó a funcionar por primera vez en el verano de 1957, emitió grandes ráfagas de neutrones , el signo más obvio de reacciones de fusión nuclear . Las mediciones de la temperatura del plasma respaldaron este resultado; la máquina pareció alcanzar los 5 millones de grados, lo suficientemente caliente como para generar fusión a baja velocidad, dentro de un orden de dos de la cantidad de neutrones que uno esperaría generar a esa temperatura.
Cuando los primeros resultados de ZETA se dieron a conocer públicamente en un evento de prensa en enero de 1958, John Cockcroft fue evasivo por primera vez sobre el tema, pero finalmente declaró que estaba 90% seguro de que provenían de eventos de fusión. Esto resultó ser incorrecto. La temperatura real del reactor era mucho más baja de lo que sugerían las mediciones, demasiado baja para que se produjera la fusión. Las afirmaciones de fusión tuvieron que ser retractadas en mayo, una gran humillación.
Con el tiempo, se exploró la naturaleza de los neutrones y se llegó a entender como eventos aislados causados por inestabilidades dentro del plasma. Las inestabilidades "brutas" anteriores se habían abordado con éxito en ZETA, pero corregirlas simplemente había dado como resultado otro conjunto para corregir. Los nuevos estaban causados por turbulencias dentro del plasma. EP Butt y otros habían logrado algunos avances en la supresión de estos, pero no se entendieron bien. [5]
Robinson se encargó de comprender mejor la naturaleza de la turbulencia y realizó una serie de experimentos para caracterizarla. Estos experimentos llevaron a una mejor comprensión de la naturaleza teórica del problema, lo que a su vez condujo a un importante trabajo de John Bryan Taylor sobre una teoría general de descargas eléctricas de alta corriente en campos magnéticos. [5] Este trabajo supuso un gran avance en la física del plasma, y a través de él introdujo el concepto de pellizco de campo inverso , un campo de estudio hasta el día de hoy.
A medida que la naturaleza de estos problemas se hizo clara, el equipo de ZETA pasó de intentar la fusión a desarrollar herramientas de diagnóstico dramáticamente mejoradas para caracterizar el plasma. En lugar de medir la espectroscopia de los iones, es posible medir directamente la velocidad de los electrones a través de la dispersión de Thomson . Sin embargo, esto requiere una fuente de luz brillante y altamente monocromática para ser eficaz. La introducción del láser en la década de 1960 proporcionó esa fuente y, a partir de 1964, el equipo de Harwell se convirtió en experto en este sistema.
Novosibirsk y T-3
Desde mediados de la década de 1950, los soviéticos habían estado desarrollando silenciosamente el dispositivo tokamak . En configuración, el tokamak es en gran parte idéntico a los dispositivos z-pinch como ZETA, que consiste en un anillo de imanes que rodea un tubo de vacío toroidal, con un gran transformador utilizado para inducir corriente en el plasma. El campo magnético de las dos fuentes se mezcló para producir un único campo helicoidal que se enrolla alrededor del plasma. Donde los dos sistemas diferían fue principalmente en la relación de potencia de los campos; El campo de ZETA fue generado casi en su totalidad por la corriente del transformador, mientras que el tokamak usó imanes de anillo más poderosos para equilibrar los dos más de cerca. Este cambio aparentemente menor tiene efectos enormes sobre la dinámica del plasma; La hélice de ZETA se enrolla lentamente alrededor del plasma, la del tokamak es bastante "retorcida". Esto se mide por el " factor de seguridad ".
A mediados de la década de 1960, las máquinas experimentales demostraron que el concepto de tokamak representaba una mejora espectacular con respecto a los diseños más antiguos. Sin embargo, los soviéticos esperaron, tal vez queriendo evitar otra debacle de ZETA, hasta que estuvieron absolutamente seguros de que sus máquinas estaban produciendo los números que las mediciones sugerían. Este trabajo continuó en 1967 y 68, que coincidió con la 3ª Conferencia Internacional sobre Física del Plasma e Investigación de Fusión Controlada, que se celebró en Novosibirsk en agosto de 1968 [6].
Cuando se anunciaron las cifras del último reactor T-3 en la reunión (temperaturas de plasma de 10 millones de grados, tiempos de confinamiento de más de 10 milisegundos y claros signos de fusión), la comunidad de la fusión quedó atónita. Las máquinas eran al menos un orden de magnitud mejores que el dispositivo de cualquier otra persona, incluidas las de mayor tamaño y rendimiento teórico. La pregunta entonces fue si los resultados eran reales o no, y abundaba el escepticismo. [6]
Lev Artsimovitch abordó esta preocupación, invitando a "Bas" Pease a llevar al equipo ZETA a la T-3 en el Instituto Kurchatov en Moscú . Llegando en el apogeo de la Guerra Fría , esta fue una oportunidad única. Pero la preocupación de los británicos por una posible deserción significaba que los sujetos británicos con conocimientos valiosos solo podían viajar a la URSS si estaban "debidamente acompañados por una persona confiable". Robinson resolvió este problema al casarse con Marion Quarmby en 1968, mientras tomaba un curso intensivo de ruso. [5]
El equipo de "Culham Five", dirigido por Nicol Peacock, llegó en 1969. Sus experimentos no salieron bien, inicialmente no pudieron ver la luz sobre el fondo. Robinson lideró el esfuerzo para mejorar la potencia del láser de rubí , y finalmente la incrementó 100 veces. Ahora la señal era clara, validando los resultados soviéticos con medidas del orden de 20 millones de grados. [5] Su artículo, publicado en Nature en noviembre de 1969, provocó una revolución en la investigación de la fusión, ya que prácticamente todos los demás conceptos de diseño se abandonaron en favor de los tokamaks.
- "Derek Robinson fue muy respetado en Rusia desde su visita en 1968, sus mediciones de los perfiles de temperatura de los electrones en el plasma T-3 llevaron al comienzo de una investigación activa sobre tokamaks en todo el mundo. Derek era conocido por su brillante investigación científica y personalidad brillante. Era una persona extremadamente amigable, encantadora, inteligente e inteligente, que será recordada por todos los que lo conocieron ". - Evgeny Velikhov, presidente del Instituto Kurchatov [7]
BRÚJULA y ST
A su regreso al Reino Unido en 1970, Robinson se trasladó al laboratorio UKAEA en Culham, que estaba reuniendo los esfuerzos de fusión previamente extendidos. Lideró el esfuerzo para construir el tokamak del Reino Unido, COMPASS . [5] Cuando los experimentos sugirieron que las áreas de confinamiento no circulares tendrían un mejor rendimiento, Robinson lideró el esfuerzo para convertir COMPASS en COMPASS-D, que presentaba un área de confinamiento en forma de lágrima. COMPASS-D validó el concepto. El área de plasma en forma de D es una característica de todos los diseños tokamak modernos.
Su búsqueda de soluciones alternativas significaba que era particularmente receptivo con Martin Peng del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en los EE. UU., Quien estaba tratando de despertar interés en el concepto de tokamak esférico (ST). Los ST eran esencialmente tokamaks pequeños, pero una combinación de características sugirió que ofrecerían un rendimiento mucho mejor que los diseños convencionales. ORNL había diseñado una máquina para probar el concepto, la "STX", [8] pero no pudo obtener fondos para construir la máquina.
Robinson pudo conseguir 10 millones de libras esterlinas, suficientes para construir la cámara de vacío y la mayor parte del equipo de apoyo. ORLN "prestó" otros equipos, incluido un inyector de haz neutral, para ajustarse al presupuesto. La máquina, START , entró en funcionamiento en 1991 e inmediatamente arrojó resultados que igualaron o superaron prácticamente a todas las demás máquinas del mundo, incluidas las que cuestan muchas veces más. El éxito de START llevó a máquinas similares en todo el mundo, incluido el propio MAST de Culham .
Dirección de JET y UKAEA
En 1990, Robinson fue nombrado miembro del Reino Unido para el proyecto Joint European Torus (JET), después de que Culham fuera seleccionado como el sitio para su construcción. Seis años después fue nombrado miembro de su directorio. Fue elegido miembro de la Royal Society en 1994 y director de fusión de UKAEA en 1996. Robinson, que era miembro del Instituto de Física, también participó activamente en el diseño del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER). [5]
Robinson murió de cáncer en Sobell House Hospice en Oxford. [9] Le sobrevivieron su esposa Marion y su hija Nicola.
Notas
Varias fuentes parecen estar en desacuerdo sobre los años específicos de los hitos educativos de Robinson. The Sunday Times afirma que se graduó en 1962, lo que le daría 21 años en ese momento. Todas las fuentes que lo mencionan coinciden en que comenzó a trabajar en Harwell en 1965. Por lo tanto, la naturaleza de su trabajo entre 1962 y 1965 no se indica claramente en ninguna de las fuentes disponibles.
Se puede leer a Pease, y a la mayoría de los demás, para sugerir que durante este tiempo estaba realizando su doctorado con Edwards, un doctorado que incluía experimentos realizados en ZETA. Edwards estuvo en Manchester entre 1958 y 1972, [10] lo que no ayuda a precisar esto.
Sin embargo, Shafranov afirma que Robinson se graduó en Manchester en 1965 y comenzó a trabajar en Harwell de inmediato. El significado de "graduado" no está claro en el contexto. Si este es su doctorado, los plazos coinciden.
El profesor Robin Marshall FRS estaba en el mismo año de licenciatura que Derek Robinson (entrada en 1959) y confirma que tanto él como Robinson obtuvieron una licenciatura en 1962 y que los registros de la Universidad lo confirman. Tanto Marshall como Robinson luego hicieron sus doctorados, registrados en la Universidad de Manchester, en un caso viajando al laboratorio Rutherford Appleton en el lado "abierto" de la valla de seguridad (Marshall) y en el otro, al lado "seguro" de la valla. en el propio Harwell (Robinson). En ese momento, el director de los laboratorios físicos en Manchester era Brian Hilton Flowers, quien había sido jefe de teoría en Harwell de 1952 a 1958. Fácilmente arreglaba esas cosas. Sam Edwards también estuvo en el Departamento de Manchester durante el período de investigación de doctorado de Robinson, que, al igual que Marshall, comenzó en 1962 y terminó en 1965 con la concesión del título por Manchester.
Referencias
- ^ Connor, J .; Windsor, C. (2011). "Derek Robinson. 27 de mayo de 1941 - 2 de diciembre de 2002" . Memorias biográficas de miembros de la Royal Society . 57 : 395–422. doi : 10.1098 / rsbm.2011.0012 .
- ^ Briscoe, Frank (marzo de 2004). "Obituario: Derek Charles Robinson". La física hoy . 57 (3): 98–99. doi : 10.1063 / 1.1712512 .
- ^ a b The Sunday Times
- ^ Shafranov
- ^ a b c d e f g h Pease
- ^ a b Arnoux
- ^ Durrani
- ^ "Presentación de John Sheffield" , OFE Germantown, 25 de marzo de 1987
- ^ Martin O'Brien, "Fallece el experto en fusión del Reino Unido Derek Robinson" , Fusion Power Report , 1 de enero de 2003
- ^ "Un hombre para problemas difíciles" , New Scientist , 22 de noviembre de 1973, pág. 538-539
Bibliografía
- "Derek Robinson: físico dedicado a crear una forma segura de energía a partir de la fusión" The Sunday Times , 11 de diciembre de 2002
- Vitalii Dmitrievich Shafranov, "Derek Robinson y el experimento histórico en la investigación de la fusión magnética", Fizika Plazmy , Volumen 29 Número 11 (2003), pág. 1070–1072
- Robert Arnoux, "Rumbo a Rusia con un termómetro" , iter newsline, n. ° 102 (9 de octubre de 2009)
- Bas Pease, "Derek Robinson, líder de la investigación de fusión nuclear del Reino Unido" , The Independent , 9 de diciembre de 2002
- Matin Durrani, "Derek Robinson 1941-2002" , Physics World , 4 de diciembre de 2002
- "Derek Robinson" , Oxford Mail , 14 de diciembre de 2002