Ímãs permanentes semelhantes aos usados ​​em geladeiras podem acelerar o desenvolvimento da energia de fusão - a mesma energia produzida pelo sol e pelas estrelas.

Em princípio, esses ímãs podem simplificar muito o projeto e a produção de instalações de fusão sinuosa chamadas de estelares, de acordo com cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e do Instituto Max Planck de Física de Plasma em Greifswald, Alemanha. O fundador do PPPL, Lyman Spitzer Jr., inventou o stellarator no início dos anos 1950.

A maioria dos stellarators usa um conjunto de bobinas retorcidas complexas que espiralam como listras em uma bengala de doce para produzir campos magnéticos que moldam e controlam o plasma que alimenta as reações de fusão. Ímãs permanentes semelhantes a refrigeradores podem produzir a parte difícil desses campos essenciais, os pesquisadores dizem, permitindo simples, bobinas não torcidas para produzir a parte restante no lugar das bobinas complexas.

Bobinas torcidas mais caras

"As bobinas torcidas são a parte mais cara e complicada do stellarator e devem ser fabricadas com grande precisão de uma forma muito complicada, "disse o físico Per Helander, chefe da Divisão de Teoria Stellarator da Max Planck e autor principal de um artigo que descreve a pesquisa em Cartas de revisão física ( PRL ) "Estamos tentando diminuir a necessidade das bobinas usando ímãs permanentes."

Simplificando estelares, que correm sem o risco de danificar as interrupções que os dispositivos de fusão tokamak mais amplamente usados ​​enfrentam, pode ter um grande apelo. "Estou extremamente animado com o uso de ímãs permanentes para moldar o plasma em stellarators, "disse Steve Cowley, Diretor do PPPL e co-autor do artigo. "Isso leva a um projeto de engenharia muito mais simples."

Fusão, o poder que impulsiona o sol e as estrelas, combina elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - que gera grandes quantidades de energia. Cientistas de todo o mundo estão usando tokamaks, stellarators, e outras instalações no esforço de criar e controlar a fusão na Terra para um fornecimento virtualmente inesgotável de energia limpa e segura para gerar eletricidade.

A nova ideia de ímãs permanentes é um desdobramento de um projeto de feira de ciências que Jonathan Zarnstorff, o filho do cientista-chefe do PPPL Michael Zarnstorff, um co-autor do artigo, colocados juntos na escola secundária. Jonathan queria construir uma arma ferroviária, um dispositivo que geralmente usa corrente de alta voltagem para gerar um campo magnético que pode disparar um projétil. Mas a corrente de alta tensão seria perigosa de usar em uma sala de aula.

Solução pai e filho

A solução que pai e filho chegaram foi usar neodímio, ou terra rara, ímãs permanentes para produzir com segurança o campo magnético. Os ímãs de terras raras têm propriedades surpreendentes e úteis. Eles geram campos bastante poderosos para o tamanho pequeno dos ímãs, e esses são campos "duros" que quase não são afetados por outros campos próximos. Esses ímãs poderiam, assim, fornecer o que os físicos chamam de parte "poloidal" de um campo estelar em espiral, enquanto bobinas redondas simples podem fornecer a parte "toroidal" que compõe o resto do campo. "Eu pensei sobre isso ao longo dos anos, mas não tive tempo para desenvolver a ideia, "Disse Zarnstorff. A ideia finalmente se concretizou durante as discussões com Cowley e o físico Cary Forest, da Universidade de Wisconsin-Madison.

Os ímãs permanentes estão sempre "ligados" em nítido contraste com as bobinas eletromagnéticas padrão que os stellarators e tokamaks usam. Essas bobinas criam campos magnéticos quando uma corrente elétrica passa por eles - corrente que requer fontes de alimentação que os ímãs permanentes não precisam. Outras vantagens do uso de ímãs permanentes para simplificar as bobinas de estelar incluem:

• Custo mais baixo do que eletroímãs artesanais;
• Criação de amplo espaço entre as bobinas simplificadas para facilitar a manutenção;
• Capacidade de reposicionar os ímãs para criar uma variedade de formas para os campos magnéticos;
• Riscos de engenharia e fabricação reduzidos.

Os ímãs permanentes têm desvantagens, também. "Você não pode desligá-los, "Helander disse, o que significa que eles podem atrair qualquer coisa que possam atrair dentro do alcance. Eles também produzem força de campo máxima limitada, ele disse. Apesar disso, tais ímãs "podem ser ótimos para a criação de experimentos no caminho para um reator, " ele adicionou, "e ímãs permanentes mais fortes podem se tornar disponíveis."

Novo conjunto de ferramentas

Para Zarnstorff, ímãs permanentes são "uma estratégia e um novo conjunto de ferramentas, e temos que descobrir como usá-los. "Ele agora planeja vários usos. Primeiro virá a construção de um stellarator de mesa com ímãs permanentes instalados. Mais adiante, ele espera que PPPL possa produzir o primeiro stellarator otimizado simples do mundo, um projetado para atender a metas de desempenho específicas. Essa instalação poderia ser atualizada para aumentar sua força de campo, em preparação para o desenvolvimento contínuo da máquina simplificada. Eventualmente, um stellarator incluindo ímãs permanentes pode produzir energia para gerar eletricidade para toda a humanidade.