L’exploration des supraconducteurs à haute température ouvre des perspectives fascinantes pour la science et la technologie comme des avancées dans des domaines allant de la recherche sur les matériaux à la fusion nucléaire.
Les accélérateurs de particules, essentiels à la physique à haute énergie et à de nombreux domaines scientifiques, dépendent fortement des aimants supraconducteurs. Ces derniers, composés de matériaux spéciaux capables de transporter d’importants courants électriques sans résistance sous certaines températures, jouent un rôle crucial dans la production de champs magnétiques puissants.
Toutefois, leur efficacité est mise à mal dès qu’ils sont exposés à des températures légèrement supérieures à -452 Fahrenheit (4.2 Kelvin), risquant de perdre leurs propriétés supraconductrices et de libérer brusquement l’énergie stockée sous forme de chaleur.
L’avènement des supraconducteurs à haute température
Une nouvelle génération de supraconducteurs, connue sous le nom de supraconducteurs à haute température (HTS), se distingue par sa capacité à fonctionner à des températures plus élevées et à générer des champs magnétiques plus intenses que ses prédécesseurs. Les HTS sont particulièrement vulnérables aux événements de surchauffe, appelés « quenches », qui peuvent endommager gravement l’aimant et les composants adjacents, tout en épuisant les réserves de liquides de refroidissement précieux.
Une stratégie innovante pour prévenir les quenches
Des chercheurs du Laboratoire National Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ont développé une stratégie visant à identifier les conditions permettant aux aimants HTS de fonctionner sans risque de surchauffe soudaine.
Selon Soren Prestemon, directeur adjoint de la technologie pour la division ATAP, cette approche est comparable à la conception d’un avion capable d’atterrir en toute sécurité en cas de panne moteur, plutôt que de survivre à un crash. Leur travail, publié dans Science et technologie des supraconducteurs, repose sur la capacité des HTS à tolérer une densité de courant électrique plus élevée et une gamme de températures plus large, réduisant ainsi leur propension aux « quenches ».
Validation expérimentale et perspectives d’avenir
Le travail théorique des scientifiques a été validé par des expériences utilisant des échantillons de matériel HTS Bi-2223, exposés à un courant élevé dans un environnement permettant de détecter les fluctuations de température minimes.
La prochaine étape consistera à tester cette approche sur des bobines réelles en matériel HTS, simulant leur utilisation dans des accélérateurs de particules et des appareils tels que les machines IRM.
Les chercheurs envisagent d’utiliser des systèmes de surveillance de température hautement sensibles pour détecter l’état pré-quench dans ces bobines, une avancée qui pourrait favoriser l’adoption généralisée des aimants HTS, réduisant ainsi les coûts de maintenance et contribuant à l’objectif ambitieux de l’énergie de fusion.
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Légende illustration : Une carte expérimentale contenant un matériau supraconducteur HTS en forme de ruban appelé Bi-2223 et un dispositif de chauffage contrôlé est utilisée pour tester le concept de protection de l’aimant basé sur l’emballement thermique. Credit : Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Article : « Thermal runaway criterion as a basis for the protection of high-temperature superconductor magnets » – DOI: 10.1088/1361-6668/ad20fe
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