Μικρότεροι, ισχυρότεροι μαγνήτες θα εκμεταλλευτούν τη δύναμη του ήλιου για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να κατασκευάσουν υπεραγώγιμους μαγνήτες υψηλής θερμοκρασίας που είναι κατασκευασμένοι από υλικό που άγει ηλεκτρισμό με μικρή ή καθόλου αντίσταση σε θερμοκρασίες υψηλότερες από πριν. Τέτοιοι ισχυροί μαγνήτες θα χωρούν πιο εύκολα στον στενό χώρο μέσα στα σφαιρικά tokamaks, και διερευνώνται ως πιθανό σχέδιο για μελλοντικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας σύντηξης.

Με την διεθνή σήμερα ονομασία Τόκαμακ φέρεται ειδική τεχνολογική διάταξη θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα, μορφής δακτυλιοειδούς θαλάμου που χρησιμοποιείται στην έρευνα θερμοπυρηνικής ενέργειας. 

Δεδομένου ότι οι μαγνήτες θα μπορούσαν να τοποθετηθούν εκτός από άλλα μηχανήματα στην κεντρική κοιλότητα του σφαιρικού tokamak για να κολλήσουν το καυτό πλάσμα που τροφοδοτεί τις αντιδράσεις σύντηξης, οι ερευνητές θα μπορούσαν να τους επισκευάσουν χωρίς να χρειάζεται να αφαιρέσουν τίποτα άλλο. «Για να το κάνετε αυτό, χρειάζεστε έναν μαγνήτη με ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο και μικρότερο μέγεθος από τους σημερινούς μαγνήτες», δήλωσε ο Yuhu Zhai, κύριος μηχανικός στο PPPL και επικεφαλής συγγραφέας μιας εργασίας που αναφέρει τα αποτελέσματα στο IEEE Transactions on Applied Superconductivity. «Ο μόνος τρόπος για να το κάνετε αυτό είναι με υπεραγώγιμα σύρματα, και αυτό κάναμε.»

Η σύντηξη, η δύναμη που οδηγεί τον ήλιο και τα αστέρια, συνδυάζει ελαφριά στοιχεία με τη μορφή πλάσματος – την καυτή, φορτισμένη κατάσταση της ύλης που αποτελείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες – που παράγει τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Οι επιστήμονες επιδιώκουν να αναπαράγουν τη σύντηξη στη Γη για μια σχεδόν ανεξάντλητη παροχή ασφαλούς και καθαρής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες υψηλής θερμοκρασίας έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους χάλκινους μαγνήτες. Μπορούν να ενεργοποιηθούν για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα από ό,τι οι χάλκινοι μαγνήτες επειδή δεν θερμαίνονται τόσο γρήγορα, καθιστώντας τους πιο κατάλληλους για χρήση σε μελλοντικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης που θα πρέπει να λειτουργούν για μήνες κάθε φορά. Τα υπεραγώγιμα καλώδια είναι επίσης ισχυρά, ικανά να μεταδίδουν την ίδια ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος με ένα χάλκινο σύρμα πολλές φορές ευρύτερο ενώ παράγουν ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο.

Οι μαγνήτες θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τους επιστήμονες να συνεχίσουν να συρρικνώνουν το μέγεθος των tokamaks, βελτιώνοντας την απόδοση και μειώνοντας το κόστος κατασκευής.

Αυτοί οι νέοι μαγνήτες εκμεταλλεύονται μια τεχνική που βελτιώθηκε από τον Zhai και τους ερευνητές της Advanced Conductor Technologies, του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, Boulder και του Εθνικού Εργαστηρίου Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου, στο Tallahassee της Φλόριντα. Η τεχνική σημαίνει ότι τα καλώδια δεν χρειάζονται συμβατική μόνωση από εποξειδικές και γυάλινες ίνες για να διασφαλιστεί η ροή του ηλεκτρισμού. Ενώ απλοποιεί την κατασκευή, η τεχνική μειώνει επίσης το κόστος. «Το κόστος για την περιέλιξη των πηνίων είναι πολύ χαμηλότερο επειδή δεν χρειάζεται να περάσουμε από την ακριβή και επιρρεπή σε σφάλματα διαδικασία εποξειδικού εμποτισμού κενού», είπε ο Zhai. «Αντίθετα, τυλίγετε απευθείας τον αγωγό στη μορφή του πηνίου.»

Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (Small Business Innovation Research and Laboratory Directed Research and Development).