El ingeniero principal de PPPL, Yuhu Zhai, con imágenes de un imán superconductor de alta temperatura, que podría mejorar el rendimiento de los dispositivos de fusión de tokamak esféricos. Crédito:Kiran Sudarsanan / Oficina de Comunicaciones de PPPL
Investigadores del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han encontrado una manera de construir imanes potentes más pequeños que antes, ayudando al diseño y construcción de máquinas que podrían ayudar al mundo a aprovechar el poder del sol para crear electricidad. sin producir gases de efecto invernadero que contribuyan al cambio climático.
Los científicos encontraron una manera de construir imanes superconductores de alta temperatura que están hechos de un material que conduce la electricidad con poca o ninguna resistencia a temperaturas más cálidas que antes. Estos potentes imanes encajarían más fácilmente en el espacio reducido dentro de los tokamaks esféricos, que tienen una forma más parecida a una manzana sin corazón que a la forma de dona de los tokamaks convencionales, y se están explorando como un posible diseño para futuras plantas de energía de fusión.
Dado que los imanes pueden colocarse separados de otra maquinaria en la cavidad central del tokamak esférico para acorralar el plasma caliente que alimenta las reacciones de fusión, los investigadores pueden repararlos sin tener que desarmar nada más.
"Para hacer esto, se necesita un imán con un campo magnético más fuerte y un tamaño más pequeño que los imanes actuales", dijo Yuhu Zhai, ingeniero principal de PPPL y autor principal de un artículo que informa los resultados en IEEE Transactions on Applied Superconductivity . "La única forma de hacerlo es con cables superconductores, y eso es lo que hemos hecho".
La fusión, el poder que impulsa al sol y las estrellas, combina elementos ligeros en forma de plasma, el estado cargado y caliente de la materia compuesto de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía. Los científicos buscan replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro virtualmente inagotable de energía segura y limpia para generar electricidad.
Los imanes superconductores de alta temperatura tienen varias ventajas sobre los imanes de cobre. Se pueden encender durante períodos más largos que los imanes de cobre porque no se calientan tan rápido, lo que los hace más adecuados para su uso en futuras plantas de energía de fusión que tendrán que funcionar durante meses. Los cables superconductores también son potentes, capaces de transmitir la misma cantidad de corriente eléctrica que un cable de cobre mucho más ancho y, al mismo tiempo, producen un campo magnético más intenso.
Los imanes también podrían ayudar a los científicos a seguir reduciendo el tamaño de los tokamaks, mejorando el rendimiento y reduciendo los costos de construcción. "Los tokamaks son sensibles a las condiciones en sus regiones centrales, incluido el tamaño del imán central o solenoide, el blindaje y el recipiente de vacío", dijo Jon Menard, subdirector de investigación de PPPL. "Mucho depende del centro. Entonces, si puede encoger las cosas en el medio, puede encoger toda la máquina y reducir los costos mientras, en teoría, mejora el rendimiento".
Estos nuevos imanes aprovechan una técnica refinada por Zhai e investigadores de Advanced Conductor Technologies, la Universidad de Colorado, Boulder, y el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético, en Tallahassee, Florida. La técnica significa que los cables no necesitan epoxi convencional y aislamiento de fibra de vidrio para garantizar el flujo de electricidad. Si bien simplifica la construcción, la técnica también reduce los costos. "Los costos para enrollar las bobinas son mucho más bajos porque no tenemos que pasar por el costoso y propenso a errores proceso de impregnación al vacío con epoxi", dijo Zhai. "En cambio, estás enrollando directamente el conductor en forma de bobina".
Además, "los imanes superconductores de alta temperatura pueden ayudar al diseño del tokamak esférico porque la mayor densidad de corriente y los devanados más pequeños brindan más espacio para la estructura de soporte que ayuda al dispositivo a resistir los altos campos magnéticos, mejorando las condiciones de operación", dijo Thomas Brown, un ingeniero de PPPL que contribuido a la investigación. "Además, los imanes más pequeños y potentes brindan al diseñador de la máquina más opciones para diseñar un tokamak esférico con una geometría que podría mejorar el rendimiento general del tokamak. Todavía no hemos llegado, pero estamos más cerca, y tal vez lo suficientemente cerca". Un nuevo imán innovador podría facilitar el desarrollo de dispositivos médicos y de fusión
