en las horas previas al amanecer de septiembre. El 5 de mayo de 2021, los ingenieros lograron un hito importante en los laboratorios del Centro de Ciencia y Fusión de Plasma (PSFC) de MIT, cuando un nuevo tipo de imán, hecho de material superconductor de alta temperatura, logró una intensidad de campo magnético récord mundial de 20 teslas para un imán a gran escala
La prueba fue declarada inmediatamente un éxito, habiendo cumplido con todos los criterios establecidos para el diseño del nuevo dispositivo de fusión, apodado Sparc, para el cual los imanes son la tecnología clave. Los tapones de champán estallaron cuando el cansado equipo de experimentadores, que habían trabajado largo y duro para hacer posible el log
Pero eso estaba lejos del final del proceso. Durante los meses siguientes, el equipo desgarró e inspeccionó los componentes del imán, estudió y analizó los datos de cientos de instrumentos que registraron detalles de las pruebas, y realizó dos pruebas adicionales en el mismo imán, finalmente empujándolo a su punto de ruptura para aprender los detalles
Todo este trabajo ha culminado en un informe detallado de investigadores de PSFC y MIT, empresa derivada de Commonwealth Fusion Systems (CFS), publicado en una colección de seis artículos revisados por pares en una edición especial de la edición de marzo deLas operaciones de superconductividad aplicadaEn conjunto, los documentos describen el diseño y fabricación del imán y el equipo de diagnóstico necesario para evaluar su rendimiento, así como las lecciones aprendidas del proceso. En general, el equipo encontró que las predicciones y el modelado por ordenador eran correctos, verificando que los elementos de diseño únicos del imán podrían servir
que permite la energía de fusión práctica
La prueba exitosa del imán, dice el profesor de ingeniería de Hitachi, Dennis Whyte, quien recientemente renunció como director del PSFC, fue "lo más importante, en mi opinión, en los últimos 30 años de investigación de fusión".
antes del septo. En la demostración de la potencia de los imanes superconductores disponibles, los mejores eran lo suficientemente potentes como para alcanzar potencialmente energía de fusión, pero sólo a tamaños y costes que nunca podrían ser prácticos o económicamente viables.
"Ahora la fusión tiene una oportunidad", añade Whyte. Los tokamaks, el diseño más utilizado para dispositivos experimentales de fusión, "tienen una oportunidad, en mi opinión, de ser económicos porque se obtiene un cambio cuántico en su capacidad, con las conocidas reglas de la física de confinamiento, de poder reducir en gran medida
Los datos y análisis completos de la prueba de imán de PSFCs, detallados en los seis nuevos documentos, han demostrado que los planes para una nueva generación de dispositivos de fusión el diseñado por MIT y CFS, así como los diseños similares de otras empresas comerciales de fusión se basan en una base científica sólida.
el avance de la superconducción
La fusión, el proceso de combinación de átomos ligeros para formar otros más pesados, alimenta el sol y las estrellas, pero aprovechar ese proceso en la tierra ha demostrado ser un desafío desalentador, con décadas de duro trabajo y muchos miles de millones de dólares gastados en dispositivos experimentales. el objetivo buscado desde hace
Pero para que funcione requiere comprimir el combustible a temperaturas y presiones extraordinariamente altas, y como ningún material conocido podría soportar tales temperaturas, el combustible debe mantenerse en su lugar por campos magnéticos extremadamente poderosos. Producir campos tan fuertes requiere imanes superconductores, pero todos los imanes de fusión anteriores se
El nuevo material rebco es extraordinariamente diferente a la generación anterior de superconductores. no sólo se va a adaptar y reemplazar, sino que se va a innovar desde cero.operaciones de superconductividad aplicadaEl informe de la Comisión sobre el desarrollo de la tecnología de la información y la comunicación (doc.
una innovación clave: no aislamiento
Una de las innovaciones dramáticas, que tenía a muchos otros en el campo escépticos de sus posibilidades de éxito, fue la eliminación del aislamiento alrededor de las finas cintas planas de cinta superconductora que formaban el imán. Como prácticamente todos los cables eléctricos, los imanes superconductores convencionales están completamente protegidos
Cuando comenzamos este proyecto, digamos en 2018, la tecnología de usar superconductores de alta temperatura para construir imanes de campo alto a gran escala estaba en su infancia, dice Zach Hartwig, el profesor de desarrollo de carrera de Robert N. Noyce en el departamento de ciencia e ingeniería nuclear. Hartwig tiene un co-nombramiento en el PSFC
la forma estándar de construir estos imanes es enrollar el conductor y tener aislamiento entre los enrollamientos, y necesitas aislamiento para hacer frente a los altos voltajes que se generan durante eventos fuera de lo normal como un apagón. eliminar las capas de aislamiento, dice, tiene la ventaja de ser
El conjunto de imanes es una versión ligeramente más pequeña de las que formarán la cámara en forma de rosquilla del dispositivo de fusión Sparc que ahora está siendo construido por CFS en Devens, Massachusetts. Consiste en 16 placas, llamadas panqueques, cada una con un enrollamiento en espiral de la cinta superconductora
este fue el primer imán a escala suficiente que realmente probó lo que implica el diseño, construcción y prueba de un imán con esta llamada tecnología sin aislamiento sin torsión, dice Hartwig. fue una gran sorpresa para la comunidad cuando anunciamos que era una bobina sin aislamiento.
Empujando hasta el límite... y más allá
la prueba inicial, descrita en artículos anteriores, demostró que el proceso de diseño y fabricación no solo funcionó sino que era altamente estable algo en lo que algunos investigadores habían dudado. las siguientes dos pruebas, también realizadas a finales de 2021, luego llevaron al dispositivo al límite creando deliberadamente condiciones inestables, incluido un apagón completo de la
parte de la misión del programa de prueba, dice Hartwig, fue de hecho, disparar y apagar intencionalmente un imán a escala completa, para que podamos obtener los datos críticos a la escala correcta y las condiciones adecuadas para avanzar en la ciencia, para validar los códigos de diseño, y luego desmontar el imán y ver
Hartwig dice que esa prueba final, que terminó con el derretimiento de una esquina de uno de los 16 panqueques, produjo una gran cantidad de información nueva. Por un lado, habían estado utilizando varios modelos computacionales diferentes para diseñar y predecir el rendimiento de varios aspectos del rendimiento del imán, y en su mayor parte, los modelos
los modelos de mayor fidelidad que habíamos predicho casi exactamente cómo se calentaría el imán, hasta qué grado se calentaría cuando comenzara a apagarse, y dónde sería el daño resultante al imán, dice. como se describe en detalle en uno de los nuevos informes, esa prueba en realidad nos dijo exactamente la física que estaba
Whyte dice, basicamente hicimos lo peor posible a una bobina, a propósito, después de haber probado todos los demás aspectos del rendimiento de la bobina. y encontramos que la mayor parte de la bobina sobrevivió sin daños, mientras que una zona aislada sufrió algo de fusión. es como un pequeño porcentaje del volumen
Hartwig enfatiza que una razón principal por la que el equipo pudo lograr un diseño de imán tan radical y nuevo, y hacerlo bien la primera vez y en un cronograma vertiginoso, fue gracias al profundo nivel de conocimiento, experiencia y equipo acumulado durante décadas de operación del tokamak alcator c-mod, el laboratorio de imán francis
La colaboración con cfs también fue clave, dice, con MIT y cfs combinando los aspectos más poderosos de una institución académica y una empresa privada para hacer cosas juntos que ninguno podría haber hecho por sí mismo. Por ejemplo, una de las principales contribuciones de cfs fue aprovechar el poder de una empresa privada para establecer y ampliar una cadena de suministro a
La integración de los dos equipos, los del MIT y los del CFS, también fue crucial para el éxito, dice.
