Un nou tip de magnet ar putea ajuta la dezvoltarea de noi echipamente medicale

Oamenii de știință de la Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) al Departamentului de Energie al SUA (DOE) au proiectat un nou tip de magnet care ar putea fi folosit la dispozitive precum instalații de fuziune în formă de gogoașă cunoscute sub numele de tokamak sau „soare artificial” și pînă la dispozitive medicale care creează imagini detaliate ale corpului uman.

Tokamakurile se bazează pe un electromagnet central cunoscut sub numele de solenoid pentru a crea curenți electrici și cîmpuri magnetice care limitează plasma (starea fierbinte, încărcată a materiei compusă din electroni liberi și nuclee atomice) astfel încît să poată apărea reacții de fuziune, relatează Noi.md cu referire la descopera.ro.

Dar după ce a fost expus în timp la particule subatomice energetice cunoscute sub numele de neutroni care ies din plasmă, izolația din jurul firelor electromagnetului se poate degrada. Dacă acestea se degradează, magnetul ar putea eșua și ar putea reduce capacitatea unui tokamak de a valorifica puterea de fuziune.

Un nou tip de magnet care va funcționa la temperaturi mai mari

Un nou tip de magnet folosește un metal care acționează drept izolație și, prin urmare, nu ar mai fi deteriorat de particule. În plus, ar funcționa la temperaturi mai ridicate decît electromagneții supraconductori actuali, ceea ce îl face mai ușor de întreținut.

Fuziunea, fenomenul care alimentează soarele și stelele, combină elemente luminoase sub formă de plasmă pentru a genera cantități masive de energie. Oamenii de știință încearcă să reproducă fuziunea pe Pămînt pentru o sursă de energie practic inepuizabilă pentru a genera electricitate.

„Inovația noastră simplifică procesul de fabricație și face ca magnetul să fie mai tolerant la radiația produsă de reacțiile de fuziune”, a spus Yuhu Zhai, inginer principal la PPPL și autor principal al lucrării care descrie acest magnet, publicată în Superconductor Science and Technology.

„Dacă proiectăm o centrală electrică care va funcționa continuu ore sau zile, atunci nu putem folosi magneții actuali. Acele centrale vor produce mai multe particule de înaltă energie decît instalațiile experimentale actuale. Magneții produși astăzi nu ar dura suficient pentru viitoarele instalații precum centralele comerciale de fuziune”, a spus Zhai.

Ce sînt electromagneții?

Electromagneții diferă de magneții permanenți simpli care țin lucrările de artă pe ușile frigiderului. Electromagneții constau dintr-o bobină de sîrmă izolată care transportă un curent electric care generează un cîmp magnetic pe măsură ce trece.

Electromagneții sînt folosiți în diverse dispozitive, de la tokamakuri pînă la macarale care ridică mașini strivite în gropi de gunoi și în dispozitive de imagistică prin rezonanță magnetică care scanează interiorul corpului uman.

Zhai și colegii au construit un prototip de magnet și au obținut rezultate încurajatoare. „În timpul testelor noastre, magnetul a produs aproximativ 83% din cantitatea maximă de curent electric pe care o pot transporta firele, o cantitate foarte bună”, a spus el.

„Oamenii de știință folosesc de obicei doar 70% din capacitatea firului supraconductor atunci cînd proiectează și construiesc magneți de mare putere. Iar magneții la scară mare, precum cei utilizați în ITER, instalația internațională de fuziune construită în Franța, folosesc adesea doar 50%”, a adăugat Zhai.

Acest nou tip de magnet are fire construite din elementele niobiu (uneori folosit în motoarele cu reacție) și staniu. Cînd sînt încălzite într-un mod special, aceste elemente formează un supraconductor care permite curentului electric să circule prin el la temperaturi extrem de scăzute, fără rezistență. Deci este nevoie de mult mai puțină izolație pentru a preveni pierderile de curent.

E descoperire cu numeroase beneficii

„Acest nou concept este interesant deoarece permite magnetului să transporte mult curent electric într-un spațiu mic, reducînd volumul pe care îl ocupă magnetul într-un tokamak”, a spus inginerul șef al PPPL, Robert Ellis.

„Acest magnet ar putea funcționa, de asemenea, la densități de curent mai mari și la cîmpuri magnetice mai puternice decît o pot face magneții din prezent. Ambele calități sînt importante și ar putea duce la costuri mai mici”, a completat Ellis.

În concluzie, noua invenție ar putea aduce beneficii enorme pentru dezvoltarea energiei de fuziune. „Aceasta este o schimbare revoluționară în modul în care se fac electromagneții”, a spus Michael Zarnstorff, director științific al PPPL.

„Prin crearea unui magnet doar din metal și eliminînd necesitatea de a folosi izolație, scapi de o mulțime de pași costisitori și reduci numărul de ocazii ca bobina să funcționeze defectuos. Acestea sînt lucruri cu adevărat importante”, a încheiat Zarnstorff.

Zhai și colaboratorii săi din întreaga țară și din lume lucrează acum cu industria privată pentru a dezvolta mai departe un prototip fără izolație. Acest nou tip de electromagnet de înaltă temperatură bazat pe supraconductori ar putea fi o componentă de bază a unei centrale electrice de fuziune pilot.