Nuevos imanes superconductores listos para las reacciones de fusión, según los científicos

En 2021, investigadores del MIT descubrieron un nuevo tipo de imán superconductor para reactores de fusión. Tras más de dos años de pruebas, se ha demostrado que puede utilizarse comercialmente.

Un nuevo tipo de imán superconductor desarrollado por investigadores del Plasma Science and Fusion Center (PSFC) del Massachusetts Insitute of Technology (MIT) está listo desde hace dos años para ser utilizado en reactores de fusión, revela el medio Interesting Engineering.

Los investigadores publicaron seis artículos en los que describían los diversos aspectos de los nuevos imanes, desde su fabricación hasta su rendimiento general, para confirmar que cumplían las exigentes condiciones de una central de fusión.

Aunque la humanidad ha conseguido liberar comercialmente el potencial de la fisión nuclear, la fusión nuclear ha permanecido fuera de los límites durante bastante tiempo.

La idea de emular las reacciones que se producen en el Sol para generar energía ilimitada ha inspirado a numerosas generaciones de científicos de todo el mundo.

Sin embargo, los investigadores acaban de empezar a extraer de la reacción más energía de la que aportan.

El reactor de fusión Tokamak, en el que imanes extremadamente potentes mantienen el combustible de fusión en su sitio, es fundamental para los éxitos recientes.

Esto sólo ha sido posible con imanes fabricados con material superconductor que necesitan mantenerse a cuatro grados Kelvin (-270 grados Celsius) para funcionar.

En septiembre de 2021, los investigadores del PSFC desarrollaron un nuevo tipo de imán que podía funcionar a 20 grados Kelvin (-253 grados Celsius).

Apodado REBCO por su material constituyente, óxido de cobre y bario de tierras raras, el material ofrecía varias ventajas en comparación con otros materiales, pero tenía que someterse a pruebas exhaustivas antes de ser utilizado en un reactor de fusión.

Nuevos enfoques con un nuevo material

«El nuevo material REBCO es extraordinariamente diferente de la generación anterior de superconductores», afirma Dennis Whyte, profesor de Ingeniería del MIT que también era director del PSFC cuando se hizo el descubrimiento. «No se trata simplemente de adaptar y sustituir, sino de innovar desde cero».

La principal y visible diferencia con REBCO era la falta de aislamiento que requerían otros imanes basados en superconductores. Al igual que los cables eléctricos, los imanes superconductores convencionales también están protegidos por un aislamiento entre finas cintas del material que compone el imán. Así se evitan los cortocircuitos entre cables.

En el caso de REBCO, la cinta se dejó desnuda, y la mayor conductividad permitió que la corriente fluyera a través del material.

Al eliminar el aislamiento, el equipo pudo desarrollar un sistema de bajo voltaje más fácil de fabricar.

Además, este método deja más espacio para otras aplicaciones, como la refrigeración o la adición de estructuras para aumentar la resistencia, según un comunicado de prensa.

El imán de 20.000 libras que el equipo construyó y probó en 2021 produjo un campo magnético constante de 20 Tesla, muy por encima de cualquier campo de este tipo producido a gran escala.

Pruebas al límite

Además de comprobar si el material podía producir el campo magnético necesario, los investigadores también tenían que determinar sus límites por si algo salía mal.

Para ello, el equipo creó deliberadamente condiciones inestables, como el sobrecalentamiento y el corte del suministro eléctrico al aparato de refrigeración. Este es el peor escenario al que puede enfrentarse un reactor de fusión, que además destruiría el equipo.

El imán consta de 16 placas, también llamadas «pancakes». Cada capa del pancakes tenía una cinta superconductora en un extremo y un canal de refrigeración en el otro. Al apagar el imán, los investigadores observaron una fusión en una de las esquinas de los pancakes.

«Esa prueba nos dijo exactamente la física que estaba ocurriendo y nos indicó qué modelos eran útiles para el futuro y cuáles debíamos dejar de lado porque no eran correctos», explica Zach Hartwig, profesor del Departamento de Ciencias e Ingeniería Nucleares y jefe del grupo de ingeniería del PSFC.

Los investigadores utilizarán ahora REBCO para construir el reactor de fusión SPARC para Commonwealth Fusion Systems, una empresa derivada de Devens (Massachusetts).

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