Araştırmaya göre REBCO yüksek sıcaklık süperiletkenleri tokamak mıknatısları için ideal - Fizik Dünyası

ABD'de yapılan kapsamlı bir çalışma, nadir toprak baryum bakır oksit (REBCO) yüksek sıcaklık süperiletkenlerinden yapılan mıknatısların gelecekteki füzyon deneylerinde plazmayı hapsetmek için ideal olduğunu doğruladı. Ekip, mıknatısların hem sağlam hem de kompakt olduğunu gösterdi; bu da onları gelecekteki tokamaklar için pratik bir seçenek haline getiriyor. SPARCCommonwealth Fusion Systems (CFS) ve MIT'nin Plazma Bilimi Füzyon Merkezi (PSFC) tarafından geliştirilmektedir.

Çalışma, mıknatısları incelemek için yeni teşhis araçları geliştiren CFS ve PSFC'deki araştırmacılar tarafından yapıldı.

Tokamak füzyon reaktörü, çörek şeklindeki iç kısmında hidrojen plazmasını hapsetmek için çok güçlü manyetik alanlar kullanır. Bu, plazmanın çok yüksek sıcaklıklara ısıtılmasını ve böylece hidrojen çekirdeklerinin bir araya gelerek büyük miktarlarda enerji açığa çıkmasını sağlar. Tokamak araştırmasının nihai hedefi, kaynaştırılan plazmadan, harcanan miktardan çok daha fazla enerji elde etmek, böylece nispeten temiz bir enerji kaynağı yaratmaktır.

Bu manyetik alanlar elektromıknatıslar tarafından yaratılır ve mevcut tokamaklarda bunlar geleneksel bir iletkenden (bakır) veya düşük sıcaklıklı bir süper iletkenden yapılmış teller kullanılarak sarılır. Her iki yaklaşımın da avantajları ve sınırlamaları var, bu nedenle füzyon araştırmacıları diğer mıknatıs seçeneklerini keşfetmeye istekli. Özellikle mevcut mıknatıs teknolojilerinin çoğu, daha yüksek alan seviyeleri gerektiren yeni nesil cihazlarda kullanılamayacak kadar büyük ve pahalı olacaktır.

Sınırlı alanlar

"Çok düşük güç tüketimine sahip süper iletken mıknatıslar artık yeterli ölçeklerde füzyon cihazlarına entegre edildi" diye açıklıyor Zach Hartwig Yeni analizi yöneten MIT'de. "Ancak hepsi yaklaşık 5 T'lik manyetik alan kuvvetlerini sınırlayan süper iletkenler kullandılar." Bu alanlara hapsedildiğinde bile plazma yavaş yavaş dışarı sızacaktır.

2018 ve 2021 yılları arasında PSFC ve CFS'deki araştırmacıların işbirliğiyle, sınırlayıcı alanları artırmak amacıyla REBCO mıknatısları geliştirildi ve malzemenin performansı son derece umut vericiydi.

Hartwig, "REBCO son derece yüksek manyetik alanlar üretme kapasitesine sahip ve ayrıca 20 K'ye kadar sıcaklıklarda çok yüksek elektrik akımı yoğunluklarını taşıyabiliyor" diye açıklıyor. "Bu, süper iletken mıknatıslarda üstün mühendislik ve performansa yol açıyor."

Şimdi Hartwig ve meslektaşları, REBCO'nun süper iletken bir mıknatıs olarak performansına ilişkin kapsamlı bir dizi testin sonuçlarını, MIT'de özel olarak oluşturulmuş test tesislerini kullanarak rapor ediyor.

Neredeyse iki katı

Eylül 2021'de gerçekleştirilen deneyler sayesinde malzeme, 20 T'nin üzerinde bir tepe manyetik alanı gösterdi. Bu, benzer uygulamalar için diğer süper iletken mıknatıslarda daha önce elde edilen en yüksek alanların neredeyse iki katıdır.

O zamandan bu yana araştırmacılar, bir REBCO mıknatısının çalışmasının analizini yaparken, performansının en uç sınırlarına kadar zorlayan başka testler de gerçekleştirdiler.

Ekip şimdi bulgularını bir dizi makalede sunuyor. Uygulamalı Süperiletkenliğe İlişkin IEEE İşlemleri. Mıknatısın tüm bileşenlerinin ve bunların yüksek alanlarda nasıl performans gösterdiğinin derinlemesine bir tanımını sağlarlar. Hartwig'in ekibi artık REBCO'nun amaçlanan amaca çok uygun olduğundan emin.

Hartwig, "Muazzam elektromekanik yüklere rağmen, mıknatısın elektriksel, termal ve yapısal performansı tam olarak kararlı durum çalışmasında tasarlandığı gibi davrandı" diyor. "Bu, programda geliştirilen gelişmiş hesaplamalı modellemeyi doğruladı ve yüksek alanlı süper iletken mıknatısların füzyon enerjisi için uygun olduğunu deneysel olarak doğruladı" diye ekliyor.

Çok daha küçük hacim

En önemlisi, deneyler REBCO'nun önceki füzyon cihazlarından 12 ila 30 kat daha küçük bir hacim içinde plazma sınırlaması için uygun bir 40 T alanını koruyabildiğini gösterdi.

Hartwig şöyle açıklıyor: "REBCO tarafından sağlanan ölçekteki önemli azalma, manyetik sınırlama cihazlarının inşası için daha düşük maliyetler ve daha hızlı programların yanı sıra füzyon enerji santralleri için daha uygun ekonomi sağlayacak."

"Belki de en önemlisi, küçültülmüş ölçek, füzyon enerjisinde kritik bir geçişi mümkün kılıyor: çok uluslu, devlet tarafından finanse edilen bilim programlarından, uygulanabilir yeni bir sıfır karbon enerji kaynağının ticarileştirilmesine odaklanan, özel olarak finanse edilen, misyon odaklı şirketlere geçiş." .

Umut verici bulgularına dayanarak, PSFC ve CFS ekipleri artık analizlerinin gelecekteki füzyon araştırmaları için değerli bir rehber olarak hizmet edeceğini umuyor: belki de fizikteki en uzun zamandır beklenen hedeflerden birini gerçeğe bir adım daha yaklaştıracak.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/rebco-high-temperature-superconductors-are-ideal-for-tokamak-magnets-study-suggests/