Forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har utvecklat en banbrytande metod för att förebygga quench-fenomen i högtemperatursuperledande magneter, vilket kan revolutionera användningen av dessa i partikelacceleratorer och möjliggöra framsteg inom fusionsenergi. Quencher, plötsliga händelser där materialet förlorar sin superledningsförmåga, har tidigare utgjort ett stort hinder.
Partikelacceleratorer, som spelar en central roll inom flera vetenskapliga områden, från materialforskning till medicinsk forskning och utvecklingen av fusionsenergi, är beroende av superledande magneter.
Kan leda elektricitet
Dessa magneter, som kan leda elektrisk ström utan motstånd vid mycket låga temperaturer, är dock känsliga för temperaturförändringar. Blir de för varma – bara några grader över den kritiska gränsen – kan de förlora sina superledande egenskaper och snabbt omvandla magnetisk energi till värme.
Högtemperatursuperledare (HTS), en nyare typ av superledare, erbjuder potentiellt fördelar jämfört med traditionella superledande magneter, såsom förmågan att generera starkare magnetfält och verka vid lättare att uppnå temperaturer. Dock är quencher även i dessa material kostsamma och riskfyllda.
Behåller supraledande egenskaper
För att motverka dessa quencher har forskarna Maxim Marchevsky och Soren Prestemon vid ATAP-divisionen på Berkeley Lab utvecklat en strategi för att identifiera förhållanden där HTS-magneter kan verka säkert utan risk för plötsliga värmeuppbyggnader. Genom att analysera superledarnas beteende har de lyckats kartlägga ett operationellt fönster där magneter kan fungera utan att övergå till en quench.
Denna metodik baseras på insikten att HTS-material kan hantera mindre värmepålagring och ändå behålla sina superledande egenskaper. Forskarna har lyckats identifiera tidiga tecken på värmeutveckling och kan därmed minska strömmen i magneten innan en fullständig quench uppstår.
Prestation i fusionsreaktorer
Experiment har bekräftat teorin, med tester på bandformade prover av Bi-2223 HTS-material som utsattes för höga spänningar under noggrant kontrollerade förhållanden. Nästa steg är att tillämpa denna metod på faktiska magnetlindningar för att se hur de presterar i realistiska miljöer som partikelacceleratorer och fusionsreaktorer.
HTS-magneter har potential att spela en avgörande roll i utvecklingen av fusionsenergi, där kraftfulla magneter behövs för att innesluta upphettad plasma i ett begränsat utrymme.
Kan sänka kostnader
Marchevsky och Prestemons arbete banar väg för mer pålitliga och kostnadseffektiva HTS-magnetsystem, vilket kan sänka driftkostnaderna för forskning som drivs med acceleratorer och accelerera utvecklingen mot praktisk fusionsenergi.
Det här arbetet, som stöds av USA:s energidepartement, illustrerar hur grundforskning och avancerad diagnostik kombineras för att utveckla transformerande teknologier för acceleratorer, fusionsenergi och andra tillämpningar, enligt Cameron Geddes, chef för ATAP-divisionen.
Källa: Science Daily/ Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)