Crédito:Michael Drevlak
Los imanes permanentes similares a los que se usan en los refrigeradores podrían acelerar el desarrollo de la energía de fusión, la misma energía producida por el sol y las estrellas.
En principio, Dichos imanes pueden simplificar enormemente el diseño y la producción de instalaciones de fusión sinuosas llamadas stellarators, según los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y el Instituto Max Planck de Física del Plasma en Greifswald, Alemania. El fundador de PPPL, Lyman Spitzer Jr., inventó el estelarizador a principios de la década de 1950.
La mayoría de los esteladores utilizan un conjunto de bobinas retorcidas complejas que forman espirales como rayas en un bastón de caramelo para producir campos magnéticos que dan forma y controlan el plasma que alimenta las reacciones de fusión. Los imanes permanentes similares a los de los refrigeradores podrían producir la parte dura de estos campos esenciales, los investigadores dicen, permitiendo simple, bobinas no retorcidas para producir la parte restante en lugar de las bobinas complejas.
Bobinas retorcidas más caras
"Las bobinas retorcidas son la parte más cara y complicada del estelarizador y tienen que fabricarse con gran precisión en una forma muy complicada, "dijo el físico Per Helander, Jefe de la División de Teoría Stellarator en Max Planck y autor principal de un artículo que describe la investigación en Cartas de revisión física ( PRL ). "Estamos tratando de aliviar el requisito de las bobinas mediante el uso de imanes permanentes".
Simplificando estelarizadores, que se ejecutan sin el riesgo de dañar las interrupciones a las que se enfrentan los dispositivos de fusión tokamak más utilizados, puede tener un gran atractivo. "Estoy muy entusiasmado con el uso de imanes permanentes para dar forma al plasma en esteladores, "dijo Steve Cowley, Director de PPPL y coautor del artículo. "Conduce a un diseño de ingeniería mucho más simple".
Fusión, el poder que impulsa el sol y las estrellas, combina elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía. Los científicos de todo el mundo están utilizando tokamaks, estelaradores, y otras instalaciones en el esfuerzo por crear y controlar la fusión en la Tierra para un suministro virtualmente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad.
La novedosa idea de los imanes permanentes es una rama de un proyecto de feria de ciencias que Jonathan Zarnstorff, el hijo del científico jefe de PPPL Michael Zarnstorff, un coautor del artículo, juntos en la escuela secundaria. Jonathan quería construir un cañón de riel, un dispositivo que generalmente usa corriente de alto voltaje para generar un campo magnético que puede disparar un proyectil. Pero la corriente de alto voltaje sería peligrosa de usar en un salón de clases.
Imagen esquemática de estelarizador de imanes permanentes con plasma en amarillo. El rojo y el azul indican imanes permanentes con bobinas simplificadas que rodean el recipiente. Crédito:persuadir a Zhu.
Solución padre e hijo
La solución a la que llegaron padre e hijo fue utilizar neodimio, o tierras raras, imanes permanentes para producir de forma segura el campo magnético. Los imanes de tierras raras tienen propiedades sorprendentes y útiles. Generan campos bastante potentes para el pequeño tamaño de los imanes, y estos son campos "duros" que casi no se ven afectados por otros campos cercanos. Estos imanes podrían proporcionar lo que los físicos llaman la parte "poloidal" de un campo estelar en espiral, mientras que simples bobinas redondas podrían proporcionar la parte "toroidal" que constituye el resto del campo. "Había pensado en eso a lo largo de los años, pero no tuve tiempo de desarrollar la idea, ", Dijo Zarnstorff. La idea finalmente se hizo realidad durante las discusiones con Cowley y el físico Cary Forest de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Los imanes permanentes están siempre "encendidos" en marcado contraste con las bobinas electromagnéticas estándar que utilizan los stellarators y los tokamaks. Estas bobinas crean campos magnéticos cuando pasa una corriente eléctrica a través de ellas, una corriente que requiere fuentes de alimentación que los imanes permanentes no necesitan. Otras ventajas del uso de imanes permanentes para simplificar las bobinas esteladoras incluyen:
Los imanes permanentes tienen desventajas, también. "No puedes apagarlos, "Helander dijo, lo que significa que pueden atraer cualquier cosa que puedan atraer dentro del alcance. También producen una intensidad de campo máxima limitada, él dijo. Sin embargo, tales imanes "pueden ser excelentes para crear experimentos en el camino a un reactor, "añadió, "y es posible que se disponga de imanes permanentes más potentes".
Nuevo conjunto de herramientas
Para Zarnstorff, los imanes permanentes son "una estrategia y un nuevo conjunto de herramientas, y tenemos que averiguar cómo usarlos ". Ahora planea varios usos. Primero vendrá la construcción de un estelarizador de mesa con imanes permanentes instalados. Más adelante, espera que PPPL pueda producir el primer estelarizador optimizado simple del mundo, uno diseñado para cumplir objetivos de rendimiento específicos. Esa instalación podría mejorarse para aumentar su intensidad de campo, en preparación para el desarrollo continuo de la máquina simplificada. Finalmente, Un estelarizador que incluya imanes permanentes podría producir energía para generar electricidad para toda la humanidad.
