nelle ore prima dell'alba di settembre. Il 5 maggio 2021, gli ingegneri hanno raggiunto una pietra miliare nei laboratori del MIT's Plasma Science and Fusion Center (psfc), quando un nuovo tipo di magnete, realizzato con materiale superconduttore ad alta temperatura, ha raggiunto un campo magnetico di 20 tesla per un magnete su larga scala. Questa è l'intens
Il test fu immediatamente dichiarato un successo, avendo soddisfatto tutti i criteri stabiliti per la progettazione del nuovo dispositivo di fusione, soprannominato Sparc, per il quale i magneti sono la tecnologia chiave. I tappi di champagne scoppiarono mentre il team stanco di sperimentatori, che aveva lavorato a lungo e
Ma non era la fine del processo. Nei mesi successivi, il team ha smontato e ispezionato i componenti del magnete, ha esaminato e analizzato i dati di centinaia di strumenti che registravano i dettagli dei test, e ha eseguito due ulteriori test sullo stesso magnete, portandolo alla sua fine al punto di
Tutto questo lavoro è ora culminato in un rapporto dettagliato da parte di ricercatori di PSFC e MIT, società spin-off di Commonwealth Fusion Systems (CFS), pubblicato in una raccolta di sei articoli peer-reviewed in un'edizione speciale del numero di marzo diieee operazioni di superconduttività applicata. insieme, i documenti descrivono la progettazione e la fabbricazione del magnete e le attrezzature diagnostiche necessarie per valutare le sue prestazioni, nonché le lezioni apprese dal processo. complessivamente, il team ha scoperto, le previsioni e la modellazione al computer erano accurate, verificando che gli elementi di progetta
che consentono l'utilizzo pratico di energia da fusione
Il successo del test del magnete, dice il professor di ingegneria americano Dennis Whyte, che ha recentemente lasciato il ruolo di direttore del PSFC, è stata "la cosa più importante, a mio parere, negli ultimi 30 anni di ricerca sulla fusione".
prima del Sett. 5 dimostrato, i migliori magneti superconduttori disponibili erano abbastanza potenti da ottenere potenzialmente energia di fusione ma solo a dimensioni e costi che non potrebbero mai essere pratici o economicamente fattibili. Poi, quando i test hanno dimostrato la praticità di un magnete così forte a dimensioni notevolmente ridotte, durante la
ora la fusione ha una possibilità, aggiunge Whyte. i tokamaks, il progetto più utilizzato per i dispositivi sperimentali di fusione, hanno una possibilità, a mio parere, di essere economici perché si ha un cambiamento quantistico nella capacità, con le conosciute regole della fisica del confinamento, di
I dati e l'analisi completi della prova del magnete psfcs, come descritto nei sei nuovi documenti, hanno dimostrato che i progetti per una nuova generazione di dispositivi di fusione quello progettato da MIT e cfs, nonché progetti simili da altre società commerciali di fusione sono basati su solide basi scientifiche
la svolta della superconduttività
La fusione, il processo di combinazione di atomi leggeri per formare altri più pesanti, alimenta il sole e le stelle, ma sfruttare questo processo sulla terra si è rivelato una sfida scoraggiante, con decenni di duro lavoro e molti miliardi di dollari spesi in dispositivi sperimentali. L'obiettivo da tempo cercato, ma
Ma per farlo funzionare è necessario comprimere il combustibile a temperature e pressioni straordinariamente elevate, e poiché nessun materiale conosciuto potrebbe resistere a tali temperature, il combustibile deve essere mantenuto in posizione da campi magnetici estremamente potenti. Produrre campi così forti richiede magneti superconduttori, ma tutti i magneti di fusione precedenti
Il nuovo materiale rebco è straordinariamente diverso dalla precedente generazione di superconduttori. Non si tratta solo di sostituirlo nei progetti di magneti esistenti. Invece, è stata una riforma da zero di quasi tutti i principi che si usano per costruire magneti superconduttori, dice Whyte.operazioni di superconduttività applicataDescrivere i dettagli di tale processo di riprogettazione, ora che la protezione brevettuale è in vigore.
un'innovazione fondamentale: nessun isolamento
una delle innovazioni più importanti, che ha fatto scetticare molte persone sul campo delle sue possibilità di successo, è stata l'eliminazione dell'isolamento intorno ai nastri sottili e piatti di nastro superconduttore che formavano il magnete. Come praticamente tutti i fili elettrici, i magneti superconduttori convenzionali sono
Quando abbiamo iniziato questo progetto, diciamo nel 2018, la tecnologia di utilizzare superconduttori ad alta temperatura per costruire magneti ad alto campo su larga scala era agli inizi, dice Zach Hartwig, il professore di sviluppo di carriera di Robert N. Noyce nel dipartimento di scienze e ingegneria nucleari. Hartwig ha una co-app
il modo standard per costruire questi magneti è avvolgere il conduttore e avere un isolamento tra gli avvolgamenti, e hai bisogno di isolamento per affrontare le alte tensioni generate durante eventi non normali come uno spegnimento. eliminare gli strati di isolamento, dice, ha il vantaggio di essere un
L'assemblaggio del magnete è una versione in scala leggermente più piccola di quelle che formeranno la camera a forma di ciambella del dispositivo di fusione di scintilla ora in costruzione da CFS a Devens, Massachusetts. È costituito da 16 piastre, chiamate pancake, ognuna con un avvolgimento a spirale del n
si trattava del primo magnete su una scala sufficiente che ha davvero sondato cosa sia necessario per progettare, costruire e testare un magnete con questa cosiddetta tecnologia senza isolamento senza torsione, afferma Hartwig. è stata una grande sorpresa per la comunità quando abbiamo annunciato che si trattava di una bobina senza
Spingendo al limite... e oltre.
il test iniziale, descritto in precedenti articoli, ha dimostrato che il processo di progettazione e produzione non solo ha funzionato ma è stato altamente stabile qualcosa di cui alcuni ricercatori avevano dubitato. le due successive prove, eseguite anche alla fine del 2021, hanno poi spinto il dispositivo al limite creando deliberatamente condizioni instabili,
parte della missione del programma di prova, dice Hartwig, era di "sparare e spegnere intenzionalmente un magnete a scala completa, in modo da poter ottenere i dati critici alla giusta scala e le giuste condizioni per far progredire la scienza, per convalidare i codici di progettazione, e poi smontare il magnete
Hartwig afferma che il test finale, che si è concluso con la fusione di un angolo di uno dei 16 pancake, ha prodotto una grande quantità di nuove informazioni. Per prima cosa, avevano usato diversi modelli computazionali per progettare e prevedere le prestazioni di vari aspetti delle prestazioni del magnete, e per la maggior parte, i
i modelli di massima fedeltà che avevamo previsto quasi esattamente come si sarebbe riscaldato il magnete, a che grado si sarebbe riscaldato quando avrebbe iniziato a spegnersi, e dove sarebbe stato il danno risultante al magnete, dice. come descritto in dettaglio in una delle nuove relazioni, quello test ci ha in
Whyte dice, basicamente abbiamo fatto la cosa peggiore possibile a una bobina, di proposito, dopo aver testato tutti gli altri aspetti delle prestazioni della bobina. e abbiamo scoperto che la maggior parte della bobina è sopravvissuta senza danni, mentre una zona isolata ha subito una certa fusione. è come un paio di per cento del
Hartwig sottolinea che una delle ragioni principali per cui il team è stato in grado di realizzare un nuovo progetto di magnete così radicale, e di farlo bene la prima volta e in un calendario straordinario, è stata grazie al profondo livello di conoscenza, esperienza e attrezzature accumulate nel corso di decenni di funzionamento dell
La collaborazione con cfs è stata anche fondamentale, dice, con MIT e cfs che combinano gli aspetti più potenti di un'istituzione accademica e di una società privata per fare insieme cose che nessuno avrebbe potuto fare da solo. Per esempio, uno dei maggiori contributi da cfs è stato sfruttare il potere di una società privata per
L'integrazione delle due squadre, quella del MIT e quella del CFS, è stata anche cruciale per il successo, dice.
