Obsežna študija, opravljena v ZDA, je potrdila, da so magneti, narejeni iz visokotemperaturnih superprevodnikov iz redkih zemeljskih bakrovih bakrovih oksidov (REBCO), idealni za omejevanje plazme v prihodnjih fuzijski poskusih. Ekipa je pokazala, da so magneti robustni in kompaktni, zaradi česar so praktična možnost za prihodnje tokamake, kot je npr. SPARC, ki ga razvijata Commonwealth Fusion Systems (CFS) in MIT's Plasma Science Fusion Center (PSFC).
Študijo so opravili raziskovalci na CFS in PSFC, ki so ustvarili nove diagnostične instrumente za preučevanje magnetov.
Fuzijski reaktor tokamak uporablja zelo močna magnetna polja, da omeji vodikovo plazmo v svojo notranjost v obliki krofa. To omogoča, da se plazma segreje na zelo visoke temperature, tako da se vodikova jedra spojijo skupaj – pri čemer se sprostijo velike količine energije. Končni cilj raziskav tokamaka je iz fuzijske plazme pridobiti veliko več energije, kot je vnesene, in tako ustvariti relativno čist vir energije.
Ta magnetna polja ustvarjajo elektromagneti, v obstoječih tokamakih pa so navita z žicami iz običajnega prevodnika (bakra) ali nizkotemperaturnega superprevodnika. Oba pristopa imata prednosti in omejitve, zato raziskovalci fuzije radi raziskujejo druge možnosti magnetov. Zlasti večina obstoječih magnetnih tehnologij bi bila prevelika in predraga za uporabo v napravah naslednje generacije, ki bodo zahtevale višje ravni polja.
Omejena polja
"Superprevodni magneti z zelo nizko porabo energije so zdaj integrirani v fuzijske naprave v zadostnem obsegu," pojasnjuje Zach Hartwig na MIT, ki je vodil novo analizo. "Vendar so vsi uporabljali superprevodnike, ki so bili omejeni na omejevanje jakosti magnetnega polja približno 5 T." Tudi če je omejena na ta polja, bo plazma postopoma uhajala.
Med letoma 2018 in 2021 je sodelovanje raziskovalcev pri PSFC in CFS razvilo magnete REBCO z namenom povečanja omejevalnih polj – in učinkovitost materiala je bila zelo obetavna.
"REBCO je sposoben proizvajati izjemno močna magnetna polja in lahko prenaša tudi zelo visoke gostote električnega toka pri temperaturah do 20 K," pojasnjuje Hartwig. "To vodi do vrhunskega inženiringa in zmogljivosti pri superprevodnih magnetih."
Zdaj Hartwig in sodelavci poročajo o rezultatih obsežne serije testov delovanja REBCO kot superprevodnega magneta z uporabo namensko zgrajenih testnih zmogljivosti na MIT.
Skoraj dvojno
S poskusi, izvedenimi septembra 2021, je material pokazal največje magnetno polje nad 20 T. To je skoraj dvakrat več od najvišjih polj, ki so bila prej dosežena pri drugih superprevodnih magnetih za podobne aplikacije.
Od takrat so raziskovalci izvedli nadaljnje teste, ki so magnet REBCO potisnili do skrajnih meja njegove učinkovitosti, medtem ko so analizirali njegovo delovanje.
Ekipa zdaj predstavlja svoje ugotovitve v seriji člankov v Transakcije IEEE o uporabni superprevodnosti. Zagotavljajo poglobljen opis vseh komponent magneta in njihovega delovanja pri visokih poljih. Hartwigova ekipa je zdaj prepričana, da je REBCO zelo primeren za predvideni namen.
"Kljub ogromnim elektromehanskim obremenitvam se je električna, toplotna in strukturna učinkovitost magneta obnašala natanko tako, kot je bilo načrtovano v ustaljenem delovanju," pravi Hartwig. "To je potrdilo napredno računalniško modeliranje, razvito v programu, in eksperimentalno potrdilo, da so superprevodni magneti z visokim poljem sposobni preživeti za fuzijsko energijo," dodaja.
Veliko manjši volumen
Bistveno je, da so poskusi pokazali, da je REBCO sposoben vzdrževati polje 12 T, ki je primerno za zadrževanje plazme v prostornini, ki je približno 30- do 40-krat manjša od prejšnjih fuzijskih naprav.
"Znatno zmanjšanje obsega, ki ga omogoča REBCO, bo omogočilo nižje stroške in hitrejše urnike za gradnjo naprav za magnetno zadrževanje, pa tudi ugodnejšo ekonomiko za elektrarne na fuzijsko energijo," pojasnjuje Hartwig.
»Morda najpomembnejše je, da zmanjšan obseg omogoča kritičen prehod v fuzijski energiji: prehod iz večnacionalnih znanstvenih programov, ki jih financira vlada, v zasebno financirana podjetja, ki temeljijo na poslanstvu in so osredotočena na komercializacijo izvedljivega novega brezogljičnega vira energije,« dodaja. .
Na podlagi svojih obetavnih ugotovitev ekipe PSFC in CFS zdaj upajo, da bo njihova analiza služila kot dragocen vodnik za prihodnje raziskave fuzije: morda bodo enega najbolj dolgo pričakovanih ciljev v fiziki pripeljali korak bližje realnosti.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://physicsworld.com/a/rebco-high-temperature-superconductors-are-ideal-for-tokamak-magnets-study-suggests/
