Een uitgebreid onderzoek in de VS heeft bevestigd dat magneten gemaakt van zeldzame aardmetalen bariumkoperoxide (REBCO) hogetemperatuursupergeleiders ideaal zijn voor het opsluiten van plasma in toekomstige fusie-experimenten. Het team toonde aan dat de magneten zowel robuust als compact zijn, waardoor ze een praktische optie zijn voor toekomstige tokamaks SPARC, dat wordt ontwikkeld door Commonwealth Fusion Systems (CFS) en het Plasma Science Fusion Center (PSFC) van MIT.

De studie werd uitgevoerd door onderzoekers van CVS en PSFC, die nieuwe diagnostische instrumenten ontwikkelden voor het bestuderen van de magneten.

Een tokamak-fusiereactor gebruikt zeer sterke magnetische velden om een ​​waterstofplasma op te sluiten in het donutvormige interieur. Hierdoor kan het plasma tot zeer hoge temperaturen worden verwarmd, zodat waterstofkernen samensmelten, waardoor grote hoeveelheden energie vrijkomen. Het uiteindelijke doel van tokamak-onderzoek is om veel meer energie uit smeltplasma te halen dan er in wordt gestopt, waardoor een relatief schone energiebron ontstaat.

Deze magnetische velden worden gecreëerd door elektromagneten en bij bestaande tokamaks worden deze gewikkeld met draden gemaakt van een conventionele geleider (koper) of een supergeleider bij lage temperatuur. Beide benaderingen hebben voordelen en beperkingen, dus fusieonderzoekers willen graag andere magneetopties onderzoeken. In het bijzonder zouden de meeste bestaande magneettechnologieën te groot en te duur zijn voor gebruik in apparaten van de volgende generatie die hogere veldniveaus vereisen.

Beperkte velden

“Supergeleidende magneten met een zeer laag stroomverbruik zijn nu op voldoende schaal in fusie-apparaten geïntegreerd”, legt hij uit Zach Hartwig bij MIT, die de nieuwe analyse leidde. “Ze hebben echter allemaal supergeleiders gebruikt die beperkt waren tot een magnetische veldsterkte van ongeveer 5 T.” Zelfs wanneer het in deze velden wordt opgesloten, zal plasma geleidelijk naar buiten lekken.

Tussen 2018 en 2021 ontwikkelde een samenwerking van onderzoekers van PSFC en CFS REBCO-magneten met als doel het versterken van opsluitende velden – en de prestaties van het materiaal waren veelbelovend.

“REBCO is in staat extreem hoge magnetische velden te produceren en kan ook zeer hoge elektrische stroomdichtheden transporteren bij temperaturen tot 20 K”, legt Hartwig uit. “Dit leidt tot superieure techniek en prestaties op het gebied van supergeleidende magneten.”

Nu rapporteren Hartwig en collega's de resultaten van een uitgebreide reeks tests van de prestaties van REBCO als supergeleidende magneet, met behulp van speciaal gebouwde testfaciliteiten bij MIT.

Bijna het dubbele

Door experimenten die in september 2021 werden uitgevoerd, vertoonde het materiaal een magnetisch piekveld van meer dan 20 T. Dit is bijna het dubbele van de hoogste velden die eerder werden bereikt in andere supergeleidende magneten voor soortgelijke toepassingen.

Sindsdien hebben de onderzoekers verdere tests uitgevoerd waarbij een REBCO-magneet tot de uiterste grenzen van zijn prestaties werd geduwd, terwijl ze de werking ervan analyseerden.

Het team presenteert hun bevindingen nu in een reeks artikelen in IEEE-transacties over toegepaste supergeleiding. Ze bieden een diepgaande beschrijving van alle componenten van de magneet en hoe ze presteren bij hoge velden. Het team van Hartwig heeft er nu vertrouwen in dat REBCO zeer geschikt is voor het beoogde doel.

“Ondanks de enorme elektromechanische belastingen gedroegen de elektrische, thermische en structurele prestaties van de magneet zich precies zoals ontworpen in stabiele werking”, zegt Hartwig. “Dit valideerde de geavanceerde computationele modellering die in het programma was ontwikkeld, en bevestigde experimenteel dat supergeleidende magneten met een hoog veld levensvatbaar zijn voor fusie-energie”, voegt hij eraan toe.

Veel kleiner volume

Cruciaal was dat de experimenten aantoonden dat REBCO in staat is een veld van 12 T in stand te houden dat geschikt is voor plasma-opsluiting binnen een volume dat zo'n 30 tot 40 keer kleiner is dan eerdere fusie-apparaten.

“De aanzienlijke schaalvergroting die REBCO mogelijk maakt, zal lagere kosten en snellere planningen voor het bouwen van magnetische opsluitingsapparatuur mogelijk maken, evenals gunstiger economische omstandigheden voor fusie-energiecentrales”, legt Hartwig uit.

“Misschien het allerbelangrijkste is dat de kleinere schaal een cruciale transitie in fusie-energie mogelijk maakt: de overgang van multinationale, door de overheid gefinancierde wetenschapsprogramma’s naar particulier gefinancierde, missiegedreven bedrijven, gericht op het commercialiseren van een levensvatbare nieuwe koolstofvrije energiebron”, voegt hij eraan toe. .

Gebaseerd op hun veelbelovende bevindingen hopen de PSFC- en CFS-teams nu dat hun analyse zal dienen als een waardevolle gids voor toekomstig fusieonderzoek: misschien wel een van de langverwachte doelen in de natuurkunde een stap dichter bij de realiteit brengen.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/rebco-high-temperature-superconductors-are-ideal-for-tokamak-magnets-study-suggests/