Un interés de larga data en los efectos de la radiación sobre los metales ha llevado a Michael Short a nuevas áreas como la seguridad nuclear y los microrreactores.
Michael Short llegó al MIT en el otoño de 2001 como un estudiante de primer año de 18 años que creció en North Shore de Boston. Inmediatamente se sintió como en casa, tanto que nunca se fue. No es que Short no esté interesado en explorar el mundo más allá de los límites del Instituto, es un tipo enérgico y atrevido. Resulta que casi todo lo que espera lograr en su carrera científica, en su opinión, puede lograrse mejor en esta universidad.
El año pasado, después de obtener cuatro títulos del MIT y unirse a la facultad del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear (NSE) en 2013, fue ascendido a la categoría de profesor asociado de pleno derecho.
El entusiasmo de Short por el MIT comenzó a principios de la escuela secundaria, cuando asistió a programas de fin de semana que eran impartidos principalmente por estudiantes universitarios. “Fue un espectáculo lleno de mi tipo de persona”, recuerda. “Mi escuela era muy buena, pero en un nivel diferente, el nivel que estaba buscando y esperaba alcanzar. Me sentí más en casa aquí que en mi ciudad natal, y los sábados en el MIT fueron lo más destacado de mi semana. ”Le encantó su experiencia de cuatro años como estudiante de posgrado del MIT, incluida la investigación que hizo en el Laboratorio de Corrosión de Uhlig, y no estaba listo para el final.
Un interés de larga data en los efectos de la radiación sobre los metales ha llevado a Michael Short a nuevas áreas como la seguridad nuclear y los microrreactores. Crédito: Fotografía de Gretchen Ertl
Después de graduarse en 2005 con dos títulos de licenciatura (uno en NSE y otro en ciencia e ingeniería de materiales), tomó algunos trabajos de programación informática y trabajó a tiempo parcial en el laboratorio de Uhlig bajo la supervisión de Ronald Ballinger, profesor tanto en NSE como en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Short pronto se dio cuenta de que la programación de computadoras no era para él y comenzó la escuela de posgrado con Ballinger como su asesor, obteniendo una maestría y un doctorado en ciencias e ingeniería nucleares en 2010.
Como estudiante, Short estaba convencido de que la energía nuclear era esencial para el futuro energético de nuestra nación (y del mundo), especialmente a la luz de la urgente necesidad de avanzar hacia fuentes de energía libres de carbono. Durante su primer año, Ballinger le dijo que el principal desafío de la energía nuclear era encontrar materiales, y metales en particular, que pudieran durar lo suficiente frente a la radiación y los efectos químicamente destructivos de la corrosión.
Estas palabras, expresadas de manera persuasiva, lo llevaron a su doble especialización. «Los materiales y el daño por radiación han estado en el centro de mi investigación desde entonces», dice Short. «Sorprendentemente, lo que comencé a estudiar en mi primer año de la universidad es lo que hago hoy, aunque he extendido ese trabajo en muchas direcciones».
La corrosión resultó ser un tema inesperadamente rico. “La visión tradicional es exponer los metales a varias cosas y ver qué sucede: ‘cocinar y mirar’, como se llama”, dice. “Mucha gente lo ve de esa manera, pero en realidad es mucho más complejo. De hecho, algunos de nuestros profesores no quieren tocar la corrosión porque es demasiado complicado, demasiado sucio. Pero eso es lo que me gusta. «
En un artículo de 2020 publicado en Nature Communications, Short, su alumno Weiyue Zhou y otros colegas hicieron un descubrimiento sorprendente. “La mayoría de la gente piensa que la radiación es mala y empeora las cosas, pero no siempre es así”, dice Short. Su equipo encontró un conjunto específico de condiciones bajo las cuales un metal (una aleación de níquel-cromo) funciona mejor cuando se irradia mientras se corroe en una mezcla de sal fundida. Su hallazgo es relevante, agrega, «porque estas son las condiciones bajo las cuales la gente espera operar la próxima generación de reactores nucleares». Los principales candidatos para alternativas a los reactores refrigerados por agua actuales son los reactores refrigerados con sal fundida y metal líquido (específicamente plomo líquido y sodio). Con ese fin, Short y sus colegas están llevando a cabo experimentos similares que involucran la irradiación de aleaciones metálicas sumergidas en plomo líquido.
Mientras tanto, Short persiguió otro proyecto de varios años, tratando de crear un nuevo estándar que sirva como «una unidad medible de daño por radiación». De hecho, estas son exactamente las palabras que escribió en su declaración de investigación cuando solicitó su primera cátedra en el MIT, aunque admite que entonces no sabía cómo lograr ese objetivo. Pero el esfuerzo finalmente está dando sus frutos, ya que Short y sus colaboradores están a punto de presentar su primer artículo importante sobre el tema. Descubrió que no es posible reducir el daño por radiación a un solo número, que es lo que la gente ha intentado hacer en el pasado, porque es muy simple. En cambio, su nuevo estándar está relacionado con la densidad de defectos: el número de defectos inducidos por radiación (o cambios no intencionales en la estructura de la red) por unidad de volumen para un material dado.
“Nuestro enfoque se basa en una teoría en la que todos están de acuerdo: que los defectos tienen energía”, explica Short. Sin embargo, muchas personas le dijeron a él y a su equipo que la cantidad de energía almacenada en estos defectos sería demasiado pequeña para medirla. Pero eso solo los estimuló a esforzarse más, tomando medidas al nivel de microjulios, en los límites mismos de la detección.
Short está convencido de que su nuevo estándar será «universalmente útil, pero llevará años de pruebas en muchos, muchos materiales, seguidos de más años de convencer a la gente usando el método clásico: repetir, repetir, repetir, asegurándose cada vez que obtenga el mismo resultado. Es el lado poco glamoroso de la ciencia, pero eso es lo que realmente importa «.
El enfoque ya ha llevado a Short, en colaboración con el experto en proliferación de NSE Scott Kemp, al campo de la seguridad nuclear. Equipados con nuevos conocimientos sobre las firmas dejadas por los daños por radiación, los estudiantes co-supervisados por Kemp y Short desarrollaron métodos para determinar cuánto material fisible pasó a través de una instalación de enriquecimiento de uranio, por ejemplo, examinando materiales expuestos a estas sustancias radiactivas. “Nunca pensé que mi trabajo preliminar sobre experimentos de corrosión como estudiante de posgrado conduciría a esto”, dice Short.
También centró su atención en los «microrreactores»: reactores nucleares con potencias tan pequeñas como un solo megavatio, en comparación con los gigantes de 1.000 megavatios actuales. La flexibilidad en el tamaño de las plantas futuras es esencial para la viabilidad económica de la energía nuclear, insiste, «porque nadie quiere pagar $ 10 mil millones por un reactor ahora, y no los culpo».
Pero los microrreactores propuestos, dice, “presentan nuevos desafíos materiales que quiero resolver. Todo se reduce a apilar más material en un volumen más pequeño, y no tenemos mucho conocimiento sobre cómo funcionan los materiales a densidades tan altas «. Short está actualmente realizando experimentos con el Laboratorio Nacional de Idaho, irradiando posibles materiales de microrreactores para ver cómo cambian utilizando una técnica láser, espectroscopia de cuadrícula transitoria (TGS), en la que su grupo en el MIT tuvo una gran ayuda para avanzar.
Han sido 20 años emocionantes en MIT for Short, y tiene metas aún más ambiciosas para los próximos 20 años. «Me gustaría ser uno de los que descubrió una manera de verificar el acuerdo nuclear con Irán y así ayudar a contener la proliferación nuclear en todo el mundo», dice. “Me gustaría elegir los materiales para nuestros primeros reactores de fusión nuclear de generación de energía. Y me hubiera gustado haber influido entre 50 y 100 alumnos que eligieron permanecer en la ciencia porque realmente les gusta.
«Veo mi trabajo como crear científicos, no como ciencia», dice, «aunque la ciencia es obviamente un subproducto conveniente».
