I magneti superconduttori ad alta temperatura sono pronti per la fusione


Cos'è la fusione?

Fusione nucleare è un processo durante il quale due atomi leggeri si combinano per formare un atomo più pesante, rilasciando una grande quantità di energia. È lo stesso processo che alimenta il sole e le stelle. Sulla Terra, tuttavia, riprodurre questo processo in modo controllato per generare energia rimane una sfida complessa.

Nel contesto della fusione nucleare controllata, gli scienziati utilizzano dispositivi chiamati tokamak, che sono camere toroidali in cui atomi leggeri, come l'idrogeno, vengono riscaldati a temperature e pressioni estremamente elevate. In queste condizioni gli atomi si fondono per rilasciare energia.

IL magneti svolgono un ruolo cruciale in questi dispositivi di fusione. Vengono infatti utilizzati per generare potenti campi magnetici che confinare e mantenere il plasma (un gas ionizzato) all'interno del tokamak. Ciò aiuta a mantenere le condizioni necessarie per la fusione nucleare.

fusione nucleare
Crediti: Peter Hansen/istock

Una svolta con un nuovo magnete

Nel settembre 2021 è stato raggiunto un traguardo storico Centro di scienza e fusione del plasma (PSFC) del MIT. Gli ingegneri erano infatti riusciti in un test rivoluzionario con un nuovo magnete realizzato con a materiale superconduttore ad alta temperaturaraggiungendo un'intensità di campo magnetico record mondiale di 20 tesla.

Il magnete è più specificamente costruito con un materiale chiamato REBCO, che opera a 20 Kelvin, 16 Kelvin più caldi dei precedenti materiali superconduttori. Questa differenza di temperatura offre vantaggi significativi in ​​termini di proprietà dei materiali e ingegneria pratica.

Questo nuovo materiale, tuttavia, ha richiesto una revisione completa dei principi di progettazione dei magneti superconduttori. La squadra aveva innovato eliminando l'isolamento solitamente utilizzato attorno ai nastri superconduttori. A differenza dei magneti tradizionali, la striscia è stata poi esposta, sfruttando la maggiore conduttività del REBCO per mantenere la corrente senza cortocircuiti.

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Questo progetto, sebbene inizialmente considerato rischioso, alla fine ha funzionato dimostrato la sua stabilità durante il test iniziale e due test successivi in ​​cui il team ha deliberatamente creato condizioni instabili per valutare la robustezza del magnete.

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Una squadra abbassa il magnete nel contenitore del criostato. Crediti: Gretchen Ertl

Impara da esso

Questo primo test è stato naturalmente accolto con entusiasmo, poiché soddisfaceva tutti i criteri stabiliti per il progetto SPARC. Tuttavia, il processo non si è fermato qui. I mesi successivi furono trascorsi smontando attentamente il magnete, ispezionandone i componenti e analizzando i dati.

Questo lavoro è culminato in un rapporto dettagliato che offre un'analisi approfondita di vari aspetti legati al rivoluzionario magnete utilizzato nel progetto SPARC. In particolare, descrive in dettaglio le specifiche del design del magnete, comprese le caratteristiche del materiale superconduttore ad alta temperatura (REBCO) utilizzato, nonché le innovazioni apportate al design tradizionale del magnete superconduttore. Fornirebbe inoltre informazioni sul processo di produzione dei magneti, sulle sfide affrontate durante la produzione su larga scala e sui passaggi cruciali che hanno contribuito al successo del progetto.

Il rapporto fornisce inoltre dettagli sulle prestazioni del magnete durante i test evidenziando la stabilità del campo magnetico, la sua capacità di mantenere condizioni ottimali per la fusione nucleare e altri aspetti legati al suo funzionamento.

Infine, i ricercatori hanno incluso una sezione sulle lezioni apprese durante il processo, evidenziando i successi, le sfide superate e gli aggiustamenti che potrebbero essere necessari per migliorare ulteriormente la progettazione e le prestazioni dei futuri magneti.

In sintesi, questo rapporto fornisce una documentazione dettagliata su sviluppo, produzione, prestazioni e principali lezioni apprese legati a questo magnete rivoluzionario, fornendo una panoramica completa del lavoro svolto nell’ambito del progetto SPARC.

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Perché questo è importante?

Prima di questa dimostrazione, i magneti superconduttori disponibili erano sufficientemente potenti, ma troppo ingombrante e costoso. L'uso riuscito di questo magnete su larga scala ha permesso di offrire una nuova prospettiva economica riguardo ai reattori a fusione.

I dispositivi di fusione sperimentali, come i tokamak, potrebbero infatti trarre notevoli vantaggi da questo progresso, che segnerebbe un cambiamento importante nella capacità di ridurre le dimensioni e il costo degli oggetti necessari per la fusione. In altre parole, questo svolta promettente offre una possibilità realistica di rendere la fusione economicamente sostenibile.





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