I magneti permanenti simili a quelli utilizzati sui frigoriferi potrebbero accelerare lo sviluppo dell'energia di fusione, la stessa energia prodotta dal sole e dalle stelle.

In linea di principio, tali magneti possono semplificare notevolmente la progettazione e la produzione di strutture di fusione tortuose chiamate stellarator, secondo gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti (DOE) e del Max Planck Institute for Plasma Physics a Greifswald, Germania. Il fondatore di PPPL Lyman Spitzer Jr. ha inventato lo stellarator nei primi anni '50.

La maggior parte degli stellarator utilizza una serie di complesse bobine attorcigliate che si muovono a spirale come strisce su un bastoncino di zucchero per produrre campi magnetici che modellano e controllano il plasma che alimenta le reazioni di fusione. Magneti permanenti simili a frigoriferi potrebbero produrre la parte dura di questi campi essenziali, dicono i ricercatori, permettendo semplice, bobine non ritorte per produrre la parte restante al posto delle bobine complesse.

Bobine intrecciate più costose

"Le bobine intrecciate sono la parte più costosa e complicata dello stellarator e devono essere fabbricate con grande precisione in una forma molto complicata, " disse il fisico Per Helander, capo della Divisione Teoria Stellarator presso Max Planck e autore principale di un articolo che descrive la ricerca in Lettere di revisione fisica ( PRL ). "Stiamo cercando di alleggerire il requisito sulle bobine utilizzando magneti permanenti".

Semplificando gli stellarators, che corrono senza il rischio di interruzioni dannose che i dispositivi di fusione tokamak più ampiamente utilizzati devono affrontare, può avere un grande fascino. "Sono estremamente entusiasta dell'uso dei magneti permanenti per modellare il plasma negli stellarator, " ha detto Steve Cowley, Direttore PPPL e coautore del documento. "Porta a una progettazione ingegneristica molto più semplice".

Fusione, la forza che guida il sole e le stelle, combina elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Scienziati di tutto il mondo usano i tokamak, stellari, e altre strutture nello sforzo di creare e controllare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia sicura e pulita per generare elettricità.

La nuova idea per i magneti permanenti è una propaggine di un progetto di fiera della scienza che Jonathan Zarnstorff, il figlio del capo scienziato della PPPL Michael Zarnstorff, un coautore del documento, messo insieme alla scuola media. Jonathan voleva costruire un cannone a rotaia, un dispositivo che di solito utilizza corrente ad alta tensione per generare un campo magnetico in grado di sparare un proiettile. Ma la corrente ad alta tensione sarebbe pericolosa da usare in una classe.

Soluzione padre e figlio

La soluzione a cui sono arrivati ​​padre e figlio è stata quella di usare il neodimio, o terre rare, magneti permanenti per produrre in sicurezza il campo magnetico. I magneti in terre rare hanno proprietà sorprendenti e utili. Generano campi abbastanza potenti per le piccole dimensioni dei magneti, e questi sono campi "duri" che sono quasi inalterati da altri campi vicini. Questi magneti potrebbero quindi fornire ciò che i fisici chiamano la parte "poloidale" di un campo stellare a spirale, mentre semplici bobine tonde potrebbero fornire la parte "toroidale" che costituisce il resto del campo. "Ci avevo pensato nel corso degli anni ma non avevo tempo per sviluppare l'idea, " Ha detto Zarnstorff. L'idea è finalmente arrivata a buon fine durante le discussioni con Cowley e il fisico Cary Forest dell'Università del Wisconsin-Madison.

I magneti permanenti sono sempre "accesi" in netto contrasto con le bobine elettromagnetiche standard utilizzate da stellarator e tokamak. Tali bobine creano campi magnetici quando una corrente elettrica le attraversa, corrente che richiede alimentatori di cui i magneti permanenti non hanno bisogno. Altri vantaggi dell'uso dei magneti permanenti per semplificare le bobine stellarator includono:

• Costo inferiore rispetto agli elettromagneti artigianali;
• Creazione di ampio spazio tra le bobine semplificate per facilitare la manutenzione;
• Possibilità di riposizionare i magneti per creare una varietà di forme per i campi magnetici;
• Riduzione dei rischi di progettazione e produzione.

I magneti permanenti hanno degli svantaggi, pure. "Non puoi spegnerli, "Helander ha detto, il che significa che possono attirare tutto ciò che possono attrarre nel raggio d'azione. Producono anche un'intensità di campo massima limitata, Egli ha detto. Ciò nonostante, tali magneti "possono essere ottimi per creare esperimenti sulla strada per un reattore, " Ha aggiunto, "e potrebbero essere disponibili magneti permanenti più potenti."

Nuovo set di strumenti

Per Zarnstorff, i magneti permanenti sono "una strategia e un nuovo set di strumenti, e dobbiamo capire come usarli." Ora pianifica diversi usi. In primo luogo verrà la costruzione di uno stellarator da tavolo con magneti permanenti installati. Più avanti spera che PPPL possa produrre il primo stellarator ottimizzato semplice al mondo, uno progettato per soddisfare specifici obiettivi di prestazione. Quella struttura potrebbe essere migliorata per aumentare la sua forza di campo, in preparazione per il continuo sviluppo della macchina semplificata. Infine, uno stellarator che include magneti permanenti potrebbe produrre energia per generare elettricità per tutta l'umanità.