Zamienią wodę morską w paliwo. Amerykanie użyli niezwykłego materiału

W reaktorach termojądrowych, takich jak tokamak, magnesy odgrywają kluczową rolę. Tokamak to urządzenie, w którym potężne magnesy trzymają paliwo termojądrowe na swoim miejscu. To jak próba oswojenia potężnych sił, jakie zachodzą na Słońcu, aby produkować nieograniczoną wprost ilość energii. Jednakże, aby to osiągnąć, potrzebujemy magnesów wykonanych z nadprzewodzącego materiału.

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology MIT stworzyli nowy rodzaj magnesu nadprzewodnikowego, który może pracować w temperaturze 20 kelwinów (- 253 stopni Celsjusza). Nazwali go REBCO, co oznacza "rare-earth barium copper oxide". To skład nowego materiału, czyli bar, tlenek miedzi i metale ziem rzadkich. Materiał ma kilka zalet w porównaniu do innych stopów, ale musiał przejść intensywne testy, zanim mógł zostać użyty w reaktorze termojądrowym. Wszystkie wypadły pomyślnie.

Nadprzewodnictwo to zjawisko, które zachodzi, gdy materiał przestaje opierać się przepływowi prądu elektrycznego. W normalnych warunkach elektrony w materiale napotykają na opór, ale w nadprzewodnikach staje się to niemożliwe. To jakby otwarcie magicznych drzwi, które prowadzą do niezwykłych możliwości.

Najważniejszą różnicą w przypadku REBCO jest brak izolacji, której wymagają inne magnesy oparte na nadprzewodnikach. W tradycyjnych magnesach nadprzewodnikowych materiał jest chroniony izolacją, aby uniknąć zwarć między przewodami.

W przypadku REBCO ta izolacja została pominięta, a większa przewodność pozwoliła na swobodny przepływ prądu. To innowacyjne podejście pozwoliło na stworzenie systemu o niskim napięciu, który jest łatwiejszy do produkcji. Pozostawia także więcej miejsca na inne zastosowania, takie jak chłodzenie.

Więcej o elektrowniach termojądrowych przeczytasz na Spider`s Web:

Magnes o masie 9 t, który zespół zbudował w 2021 r., wytworzył stałe pole magnetyczne o natężeniu 20 Tesli. Po kilku latach intensywnych testów ogłoszono, że materiał idealnie nadaje się do wykorzystania w komercyjnych reaktorach termojądrowych i jest opłacalny z ekonomicznego punktu widzenia. To ważny krok w okiełznaniu fuzji jądrowej i taniej energii dla wszystkich.

Dzięki nowym magnesom nadprzewodnikowym naukowcy mają teraz narzędzie, które może otworzyć przed nami drzwi do termojądrowej przyszłości. Choć przed nami jeszcze wiele pracy, to odkrycie z MIT daje nam nadzieję na szybkie wykorzystanie energii termojądrowej w sposób bezpieczny i efektywny. 

Fuzja, to proces łączenia lekkich atomów w cięższe, który zasila słońce i gwiazdy. Jednak wykorzystanie takiej syntezy na Ziemi okazało się trudnym wyzwaniem, wymagającym dziesięcioleci ciężkiej pracy i wielu miliardów dolarów wydanych na urządzenia eksperymentalne. Długo oczekiwanym, ale jeszcze nieosiągniętym celem jest zbudowanie elektrowni termojądrowej, która wytwarza więcej energii niż zużywa. 

Taka elektrownia mogłaby produkować energię elektryczną, nie emitując podczas pracy gazów cieplarnianych i wytwarzając bardzo mało odpadów radioaktywnych. Paliwo syntezy jądrowej, wodór uzyskiwany z wody morskiej, jest praktycznie nieograniczone.

Jednak aby to zadziałało, konieczne jest sprężanie paliwa w niezwykle wysokich temperaturach i ciśnieniach, a ponieważ żaden znany materiał nie jest w stanie wytrzymać takich temperatur, paliwo musi być utrzymywane na miejscu przez niezwykle silne pola magnetyczne. Wytwarzanie tak silnych pól wymaga magnesów nadprzewodnikowych, ale wszystkie poprzednie magnesy termojądrowe zostały wykonane z materiału nadprzewodzącego, który wymaga niskich temperatur około 4 stopni powyżej zera absolutnego (4 kelwiny, czyli -270 stopni Celsjusza). 

REBCO umożliwia pracę w temperaturze 20 kelwinów i mimo że jest tylko o 16 kelwinów wyższa, przynosi znaczne korzyści pod względem właściwości materiałów i inżynierii praktycznej. Taką elektrownie jest po prostu łatwiej zbudować.

Główna ilustracja: W Centrum Nauki i Fuzji Plazmy MIT nowe magnesy osiągnęły rekordową na świecie siłę pola magnetycznego wynoszącą 20 Tesli w przypadku magnesu wielkoskalowego. Zdjęcie: Gretchen Ertl/MIT