Yuhu Zhai, ingegnere principale della PPPL, con le immagini di un magnete superconduttore ad alta temperatura, che potrebbe migliorare le prestazioni dei dispositivi di fusione tokamak sferici. Credito:Kiran Sudarsanan / PPPL Office of Communications
I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno trovato un modo per costruire potenti magneti più piccoli di prima, aiutando la progettazione e la costruzione di macchine che potrebbero aiutare il mondo a sfruttare la potenza del sole per creare elettricità senza produrre gas serra che contribuiscono al cambiamento climatico.
Gli scienziati hanno trovato un modo per costruire magneti superconduttori ad alta temperatura fatti di materiale che conduce elettricità con poca o nessuna resistenza a temperature più calde di prima. Magneti così potenti si adatterebbero più facilmente all'interno dello spazio ristretto all'interno dei tokamak sferici, che hanno la forma più simile a una mela con il torsolo rispetto alla forma a ciambella dei tokamak convenzionali, e vengono esplorati come possibile progetto per future centrali elettriche a fusione.
Poiché i magneti potrebbero essere posizionati separatamente da altri macchinari nella cavità centrale del tokamak sferico per racchiudere il plasma caldo che alimenta le reazioni di fusione, i ricercatori potrebbero ripararli senza dover smontare nient'altro.
"Per fare ciò, è necessario un magnete con un campo magnetico più forte e una dimensione inferiore rispetto ai magneti attuali", ha affermato Yuhu Zhai, ingegnere principale presso PPPL e autore principale di un articolo che riporta i risultati in IEEE Transactions on Applied Superconductivity . "L'unico modo per farlo è con i cavi superconduttori, ed è quello che abbiamo fatto."
La fusione, il potere che guida il sole e le stelle, combina elementi luminosi sotto forma di plasma, lo stato caldo e carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura praticamente inesauribile di energia sicura e pulita per generare elettricità.
I magneti superconduttori ad alta temperatura presentano numerosi vantaggi rispetto ai magneti in rame. Possono essere accesi per periodi più lunghi rispetto ai magneti in rame perché non si riscaldano così rapidamente, il che li rende più adatti per l'uso in future centrali elettriche a fusione che dovranno funzionare per mesi alla volta. I fili superconduttori sono anche potenti, in grado di trasmettere la stessa quantità di corrente elettrica di un filo di rame molte volte più largo producendo un campo magnetico più forte.
I magneti potrebbero anche aiutare gli scienziati a continuare a ridurre le dimensioni dei tokamak, migliorando le prestazioni e riducendo i costi di costruzione. "I tokamak sono sensibili alle condizioni nelle loro regioni centrali, comprese le dimensioni del magnete centrale, o del solenoide, della schermatura e del recipiente a vuoto", ha affermato Jon Menard, vicedirettore della ricerca di PPPL. "Molto dipende dal centro. Quindi, se riesci a ridurre le cose nel mezzo, puoi rimpicciolire l'intera macchina e ridurre i costi mentre, in teoria, puoi migliorare le prestazioni."
Questi nuovi magneti sfruttano una tecnica perfezionata da Zhai e dai ricercatori dell'Advanced Conductor Technologies, dell'Università del Colorado, a Boulder, e del National High Magnetic Field Laboratory, a Tallahassee, in Florida. La tecnica significa che i fili non necessitano di un isolamento convenzionale epossidico e in fibra di vetro per garantire il flusso di elettricità. Pur semplificando la costruzione, la tecnica riduce anche i costi. "I costi per avvolgere le bobine sono molto più bassi perché non dobbiamo passare attraverso il processo di impregnazione sottovuoto epossidico costoso e soggetto a errori", ha affermato Zhai. "Invece, stai avvolgendo direttamente il conduttore nella forma della bobina."
Inoltre, "i magneti superconduttori ad alta temperatura possono aiutare la progettazione del tokamak sferico perché la maggiore densità di corrente e gli avvolgimenti più piccoli forniscono più spazio per la struttura di supporto che aiuta il dispositivo a resistere agli elevati campi magnetici, migliorando le condizioni operative", ha affermato Thomas Brown, un ingegnere PPPL che contribuito alla ricerca. "Inoltre, i magneti più piccoli e più potenti offrono al progettista della macchina più opzioni per progettare un tokamak sferico con una geometria che potrebbe migliorare le prestazioni complessive del tokamak. Non siamo ancora arrivati, ma siamo più vicini, e forse abbastanza vicini". + Esplora ulteriormente
