El imán establece un récord mundial a 45.5 Teslas
Es el campo magnético de corriente continua más fuerte jamás registrado y podría ayudar a los científicos a estudiar la fusión nuclear y los estados exóticos de la materia
Un nuevo electroimán multicomponente y parcialmente superconductor -actualmente el imán de corriente continua más potente del mundo de cualquier tipo- está a punto de revelar un camino hacia imanes aún más fuertes. La nueva tecnología de imanes podría ayudar a los científicos a estudiar muchos otros fenómenos, como la fusión nuclear, los estados exóticos de la materia, las moléculas que cambian de forma y los cohetes interplanetarios, por nombrar algunos.
El Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos de Tallahassee (Florida) alberga cuatro tipos de imanes avanzados y ultrafuertes. Uno de ellos permite realizar estudios de resonancia magnética. Otro está configurado para la espectrometría de masas. Y otro tipo produce los campos magnéticos más fuertes del mundo. (Los campus hermanos del MagLab en la Universidad de Florida y el Laboratorio Nacional de Los Álamos ofrecen otros tres imanes de gran capacidad para otros campos de estudio.)
Es esa última categoría del campus de Tallahassee -el imán más potente del mundo- la que la última investigación intenta complementar. El llamado MagLab DC Field Facility, en funcionamiento desde 1999, se está acercando a un límite en la fuerza de los campos magnéticos que puede producir con sus materiales y tecnología actuales.
El imán DC del MagLab mantiene una fuerza de campo constante de 45 Tesla, que hasta hace muy poco era el campo magnético continuo más fuerte producido en el mundo. (No hay que confundirlo con la marca de coches eléctricos del mismo nombre, Tesla es también una unidad de intensidad de campo magnético. Cuanto más alto sea el índice Tesla, más fuerte será el imán. A modo de comparación, una máquina de resonancia magnética típica está construida en torno a un imán superconductor con una intensidad de campo de aproximadamente 3 Tesla. El campo magnético de la Tierra, que se siente en la superficie del planeta, es de 0,00005 T.)
El nuevo imán de investigación supera por un pelo al imán MagLab DC Field, manteniendo un campo continuo de 45,5 T. Pero no es la ligera ventaja en fuerza lo que resulta tan prometedor, dice David Larbalestier, científico jefe de materiales del Laboratorio de Campo Magnético.
«Se trata de una cabeza de playa en el territorio de los 50 Tesla», dice Larbalestier.
El nuevo imán, descrito en una carta reciente a la revista Nature, utiliza un material superconductor de alta temperatura, enfriado a las temperaturas del helio líquido que utilizan los superconductores de la vieja escuela. El enfriamiento de este superconductor por debajo de su temperatura crítica (la temperatura por debajo de la cual pierde toda la resistividad eléctrica) aumenta su capacidad de manejar corrientes más altas. Y las corrientes más altas se traducen, por supuesto, en campos magnéticos más altos.
Los superconductores más antiguos, como los que se utilizan en los imanes de resonancia magnética, no pueden manejar campos magnéticos que superen los 30 Tesla, dice Larbalestier. Los pares de electrones de Cooper, clave para las propiedades superconductoras cuánticas del material, se vuelven demasiado inestables, por lo que el superconductor pierde sus propiedades de resistencia cero y se convierte en una autopista de ocho carriles paralizada.
Evitar el llamado «apagado» catastrófico es esencial para hacer funcionar un imán superconductor durante largos períodos de tiempo. (Los imanes superconductores del Gran Colisionador de Hadrones sufrieron este problema en 2008.)
«Los hacemos funcionar en helio líquido, porque la superconductividad es más fuerte cuanto más baja es la temperatura», dice Larbalestier. «Y lo que queremos evitar es la destrucción de la superconductividad por el campo magnético».
La otra innovación que ayuda al imán a evitar o reducir el apagado es su falta de aislamiento. Larbalestier dice que un electroimán típico tendría aislamiento eléctrico entre las capas de cinta superconductora.
Pero su grupo descubrió que la cinta no aislada colocada capa sobre capa -como múltiples vendas Ace envueltas alrededor del tobillo de un atleta- se comporta un poco como un superconductor de una sola capa de espesor.
Así que un obstáculo o impureza en la red superconductora podría, en un trozo de cinta de una sola capa hecha de óxido de cobre y bario de tierras raras (REBCO), haber impedido los pares de Cooper y calentar esa sección del superconductor por encima de la temperatura de transición. El equipo de investigación ha mejorado constantemente la capacidad del imán para manejar campos más fuertes. (También han aumentado el campo colocando el imán superconductor dentro de un imán más grande de cobre y plata.)
«Seguimos interesados en ampliar las fronteras», dice Larbalestier. «Así que el interior del nuevo imán de usuario de 32 T está hecho de esta cinta REBCO. Y vimos la oportunidad de conseguir nuevas variantes de la cinta… que eran muy finas, y un nuevo método de construcción de un imán superconductor sin aislamiento, inventado por el autor principal de nuestro artículo, Seungyong Hahn.»
El grupo cree que puede iterar su tecnología al menos hasta los 50 Teslas de intensidad de campo. Pero Larbalestier no ve ninguna razón clara por la que tendrían que detenerse ahí.
«La verdadera importancia aquí es que se trata de una validación de estos superconductores de óxido de cobre y bario de tierras raras para el uso de campos muy altos a bajas temperaturas», dice. «Y creo que dice claramente que el camino hacia los 60 Tesla… está, en principio, abierto».
Este post fue actualizado el 18 de junio de 2019.