Pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) descobriram uma maneira de construir ímãs poderosos menores do que antes, auxiliando no projeto e construção de máquinas que poderiam ajudar o mundo a aproveitar o poder do sol para criar eletricidade sem produzir gases de efeito estufa que contribuem para as mudanças climáticas.
Os cientistas descobriram uma maneira de construir ímãs supercondutores de alta temperatura feitos de material que conduz eletricidade com pouca ou nenhuma resistência em temperaturas mais quentes do que antes. Esses ímãs poderosos caberiam mais facilmente no espaço apertado dentro dos tokamaks esféricos, que têm o formato de uma maçã sem caroço do que a forma de rosquinha dos tokamaks convencionais, e estão sendo explorados como um possível projeto para futuras usinas de fusão.

Como os ímãs podem ser posicionados separados de outras máquinas na cavidade central do tokamak esférico para encurralar o plasma quente que alimenta as reações de fusão, os pesquisadores podem repará-los sem precisar desmontar mais nada.

"Para fazer isso, você precisa de um ímã com um campo magnético mais forte e um tamanho menor do que os ímãs atuais", disse Yuhu Zhai, engenheiro principal da PPPL e principal autor de um artigo relatando os resultados em IEEE Transactions on Applied Superconductivity . "A única maneira de fazer isso é com fios supercondutores, e foi isso que fizemos."

A fusão, o poder que impulsiona o sol e as estrelas, combina elementos leves na forma de plasma – o estado quente e carregado da matéria composto de elétrons livres e núcleos atômicos – que gera enormes quantidades de energia. Os cientistas estão procurando replicar a fusão na Terra para um suprimento praticamente inesgotável de energia segura e limpa para gerar eletricidade.

Os ímãs supercondutores de alta temperatura têm várias vantagens sobre os ímãs de cobre. Eles podem ser ligados por períodos mais longos do que os ímãs de cobre porque não aquecem tão rapidamente, tornando-os mais adequados para uso em futuras usinas de fusão que terão que funcionar por meses a fio. Os fios supercondutores também são poderosos, capazes de transmitir a mesma quantidade de corrente elétrica que um fio de cobre muitas vezes mais largo, produzindo um campo magnético mais forte.

Os ímãs também podem ajudar os cientistas a continuar diminuindo o tamanho dos tokamaks, melhorando o desempenho e reduzindo o custo de construção. "Tokamaks são sensíveis às condições em suas regiões centrais, incluindo o tamanho do ímã central, ou solenóide, a blindagem e o recipiente de vácuo", disse Jon Menard, vice-diretor de pesquisa do PPPL. "Depende muito do centro. Portanto, se você pode reduzir as coisas no meio, pode reduzir a máquina inteira e reduzir custos enquanto, em teoria, melhora o desempenho."

Esses novos ímãs aproveitam uma técnica refinada por Zhai e pesquisadores da Advanced Conductor Technologies, da Universidade do Colorado, em Boulder, e do National High Magnetic Field Laboratory, em Tallahassee, Flórida. A técnica significa que os fios não precisam de isolamento convencional de epóxi e fibra de vidro para garantir o fluxo de eletricidade. Ao mesmo tempo que simplifica a construção, a técnica também reduz os custos. "Os custos para enrolar as bobinas são muito menores porque não precisamos passar pelo processo caro e propenso a erros de impregnação a vácuo de epóxi", disse Zhai. "Em vez disso, você está enrolando diretamente o condutor na forma de bobina."

Além disso, "ímãs supercondutores de alta temperatura podem ajudar no projeto de tokamak esférico porque a densidade de corrente mais alta e os enrolamentos menores fornecem mais espaço para a estrutura de suporte que ajuda o dispositivo a suportar os altos campos magnéticos, melhorando as condições de operação", disse Thomas Brown, engenheiro da PPPL que contribuiu para a pesquisa. "Além disso, os ímãs menores e mais poderosos dão ao projetista da máquina mais opções para projetar um tokamak esférico com geometria que pode melhorar o desempenho geral do tokamak. Ainda não chegamos lá, mas estamos mais perto, e talvez perto o suficiente." + Explorar mais

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