Ερευνητές δημιούργησαν τον πιο ισχυρό μαγνήτη που έχει κατασκευαστεί ποτέ στη Γη: 20 Teslas
Στις 5 Σεπτεμβρίου 2021, μια ομάδα ερευνητών του MIT δοκιμαστεί με επιτυχία ένας υπεραγώγιμος μαγνήτης υψηλής θερμοκρασίας, σπάζοντας το παγκόσμιο ρεκόρ για την ισχυρότερη ένταση μαγνητικού πεδίου που έχει παραχθεί ποτέ. Φτάνοντας τα 20 Teslas (ένα μέτρο της έντασης του πεδίου), αυτός ο μαγνήτης θα μπορούσε να αποδειχθεί το κλειδί για το ξεκλείδωμα της πυρηνικής σύντηξης και την παροχή καθαρής ενέργειας χωρίς άνθρακα στον κόσμο.
Η πυρηνική σύντηξη είναι το ιερό δισκοπότηρο της καθαρής ενέργειας για δεκαετίες τώρα, αλλά είναι δύσκολο να σπάσει κανείς. Οι σημερινοί πυρηνικοί σταθμοί χρησιμοποιούν τη σχάση - τη διάσπαση των ατόμων - για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι αποτελεσματικό, αλλά μπορεί να είναι επικίνδυνο και αφήνει πίσω πυρηνικά απόβλητα μεγάλης διάρκειας, τα οποία είναι δύσκολο και ακριβό να αποθηκευτούν με ασφάλεια. Η πυρηνική σύντηξη, από την άλλη πλευρά, βασίζεται στο συνδυασμό δύο ατόμων μαζί για να δημιουργήσει ένα μεγαλύτερο. Αυτό είναι το είδος της αντίδρασης που συμβαίνει στον Ήλιο και τα αστέρια. Όταν αναπαράγεται τεχνητά στη Γη, είναι πολύ λιγότερο επιρρεπές σε καταστροφικές εκρήξεις από τη σχάση και παράγει πολύ λιγότερα ραδιενεργά απόβλητα. Εάν ένας εμπορικά βιώσιμος αντιδραστήρας σύντηξης μπορούσε να γίνει πραγματικότητα, θα μπορούσε γρήγορα να γίνει η πηγή ενέργειας του μέλλοντος.
Ο ισχυρότερος μαγνήτης στον κόσμο. Σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από την Commonwealth Fusion Systems και το Plasma Science and Fusion Center (PSFC) του MIT. Πίστωση: Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021
Εδώ έρχεται ο ισχυρός νέος μαγνήτης του MIT. Η πυρηνική σύντηξη συμβαίνει μόνο σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες - το πλάσμα πρέπει να φτάσει σε θερμοκρασίες που θα έλιωναν ή θα καταστρέψουν οποιοδήποτε υλικό θα μπορούσαν να σκεφτούν οι άνθρωποι να κατασκευάσουν έναν αντιδραστήρα. Η λύση, που προτάθηκε ήδη από τη δεκαετία του 1950, είναι να περιέχει το πλάσμα χωρίς να το αφήνουμε να αγγίξει τίποτα. Ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο μπορεί να κάνει ακριβώς αυτό, δημιουργώντας ένα τεχνητό «μπουκάλι» στο οποίο μπορεί να συμβεί πυρηνική σύντηξη.
Το πιο κοινό σχήμα για ένα από αυτά τα μαγνητικά μπουκάλια είναι ένα αντικείμενο που μοιάζει με ντόνατ γνωστό ως τοκαμάκ. Οι επιστήμονες του MIT ελπίζουν να τακτοποιήσουν τους νέους ισχυρούς μαγνήτες τους σε έναν αντιδραστήρα tokamak και με αυτόν τον τρόπο να παράγουν θετική πυρηνική σύντηξη (σύντηξη που παράγει περισσότερη ενέργεια από ό,τι χρησιμοποιεί) μέχρι το 2025.
Το πραγματικό πρωτοποριακό έργο εδώ δεν είναι το ίδιο το fusion. Οι αντιδράσεις τεχνητής σύντηξης έχουν παραχθεί στο παρελθόν. Το πρόβλημα είναι ότι, μέχρι στιγμής, παίρνουν πάντα περισσότερη ενέργεια για να τρέξουν από ό,τι παράγουν (η διατήρηση αυτών των μαγνητικών πεδίων για να συγκρατήσει το πλάσμα καταναλώνει πολλή ενέργεια). Δουλεύοντας για τη βελτίωση των μαγνητών, η ομάδα του MIT ελπίζει να είναι η πρώτη που θα παράγει επιτέλους έναν αντιδραστήρα που παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που καταναλώνει.
Προηγούμενες προσπάθειες σε έναν καθαρό θετικό αντιδραστήρα είχαν χρησιμοποιήσει συμβατικούς ηλεκτρομαγνήτες χαλκού, και πιο πρόσφατα, υπεραγωγούς χαμηλής θερμοκρασίας, για να περιλάβουν την αντίδραση σύντηξης. Η ομάδα του MIT και ο εμπορικός τους συνεργάτης, μια startup με το όνομα Commonwealth Fusion Systems (CFS), ξεπέρασαν τους ανταγωνιστές τους εφαρμόζοντας ένα νέο υπεραγώγιμο υλικό στους μαγνήτες: έναν υπεραγωγό υψηλής θερμοκρασίας. Αυτό το υλικό εφαρμόζεται ως ταινία που μοιάζει με κορδέλα και τους επιτρέπει να δημιουργήσουν ένα πολύ ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο σε πολύ μικρότερο χώρο. Ένας υπεραγωγός χαμηλής θερμοκρασίας θα χρειαζόταν όγκο 40 φορές μεγαλύτερο για να επιτύχει την ίδια ένταση πεδίου.
Ο μαγνήτης που επεξεργάζεται μέσα στη βάση δοκιμής. Πίστωση: Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021
Martin Greenwald, αναπληρωτής διευθυντής και ανώτερος ερευνητής στο MIT's Κέντρο Επιστήμης και Σύντηξης Πλάσματος , εξήγησε «η θέση που γεμίζαμε ήταν να χρησιμοποιήσουμε τη συμβατική φυσική του πλάσματος και τα συμβατικά σχέδια και τη μηχανική tokamak, αλλά να φέρουμε σε αυτήν αυτή τη νέα τεχνολογία μαγνήτη. Έτσι, δεν απαιτούσαμε καινοτομία σε μισή ντουζίνα διαφορετικούς τομείς. Απλώς θα καινοτομούσαμε στον μαγνήτη και, στη συνέχεια, θα εφαρμόσαμε τη βάση γνώσεων για όσα μάθαμε τις τελευταίες δεκαετίες».
Με την επιτυχημένη δοκιμή του μαγνήτη την περασμένη εβδομάδα, αυτή η στρατηγική φαίνεται να αποδίδει καρπούς. Πέρυσι, μια σειρά από επιστημονικές εργασίες χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις για να προβλέψουν ότι εάν ο μαγνήτης λειτουργούσε σωστά, τότε ο αντιδραστήρας σύντηξης θα μπορούσε πράγματι να παράγει καθαρά θετική ισχύ σύντηξης. Με το επιτυχημένο τεστ μαγνήτη πλέον να έχει απομακρυνθεί, το μόνο που απομένει είναι να κατασκευαστεί ολόκληρο το σύστημα, (γνωστό ως SPARC), το οποίο θα διαρκέσει περίπου τρία χρόνια.
Εάν είναι επιτυχείς, θα μπορούσε να αλλάξει τον κόσμο. Όπως εξηγεί η Maria Zuber, Αντιπρόεδρος Έρευνας του MIT, «Η σύντηξη με πολλούς τρόπους είναι η απόλυτη πηγή καθαρής ενέργειας… Η ποσότητα ισχύος που είναι διαθέσιμη είναι πραγματικά αλλάζει το παιχνίδι». Ο απώτερος στόχος τους είναι να απανθρακοποιήσουν το ηλεκτρικό δίκτυο, επιβραδύνοντας την κλιματική αλλαγή και μειώνοντας την παραγωγή αερίων του θερμοκηπίου. Αν το καταφέρουν, θα άξιζε τον κόπο. «Κανείς από εμάς δεν προσπαθεί να κερδίσει τρόπαια σε αυτό το σημείο». Ο Zuber είπε, «Προσπαθούμε να διατηρήσουμε τον πλανήτη βιώσιμο». Το μαγνητικό τους πεδίο των 20 Tesla που έσπασε το ρεκόρ μπορεί να είναι απλώς το κλειδί για το ξεκλείδωμα της πυρηνικής σύντηξης και την αλλαγή της τάσης στον αγώνα κατά της κλιματικής αλλαγής.
Μάθετε περισσότερα: David Chandler ' Το έργο που έχει σχεδιαστεί από το MIT επιτυγχάνει σημαντική πρόοδο προς την ενέργεια σύντηξης. 'Ειδήσεις MIT.
Προτεινόμενη εικόνα: Απόδοση του SPARC, ενός συμπαγούς, υψηλού πεδίου, tokamak, που αυτή τη στιγμή βρίσκεται υπό σχεδιασμό από μια ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και τα Commonwealth Fusion Systems. Η αποστολή του είναι να δημιουργήσει και να περιορίσει ένα πλάσμα που παράγει καθαρή ενέργεια σύντηξης. Πιστώσεις: T. Henderson, CFS/MIT-PSFC, 2020