Melindungi Magnet Superkonduktor: Inovasi Baru dalam Mencegah ‘Quench’ dan Mengoptimalkan Kinerja

Para peneliti di Berkeley Lab sedang mengembangkan metode untuk mencegah pelepasan energi tiba-tiba yang berpotensi merusak generasi baru magnet superkonduktor.

blank

Para peneliti di Berkeley Lab sedang mengembangkan metode untuk mencegah pelepasan energi tiba-tiba yang berpotensi merusak generasi baru magnet superkonduktor.

Akselerator partikel, yang sangat penting untuk fisika energi tinggi dan berbagai bidang ilmu pengetahuan seperti material, medis, dan penelitian fusi, bergantung pada magnet superkonduktor, yang cukup sensitif.

Superkonduktor adalah bahan khusus yang, saat didinginkan di bawah suhu tertentu, dapat membawa arus listrik besar tanpa hambatan. Dengan melilitkan bahan tersebut, arus yang melalui akan menghasilkan medan magnet yang kuat, menyimpan energi potensial elektron yang bergerak dalam bentuk medan magnet. Namun, jika terlalu panas—hanya beberapa derajat di atas -452 Fahrenheit (4.2 Kelvin), atau suhu helium cair—mereka dapat kehilangan sifat superkonduktivitas dan melepaskan energi magnet yang tersimpan sebagai panas dalam ledakan yang cepat.

Tipe baru superkonduktor, yang dikenal sebagai superkonduktor suhu tinggi, high temperature superconductors (HTS), memiliki potensi untuk merevolusi ilmu pengetahuan dan teknologi. Superkonduktor ini dapat menghasilkan medan magnet yang lebih tinggi pada suhu yang lebih mudah untuk dipelihara dibandingkan dengan magnet superkonduktor tradisional.

Penelitian tentang bahan HTS ini sedang dilakukan di Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Peristiwa pemanasan yang tidak diinginkan dalam bahan ini, yang disebut “quench,” sangat mahal karena dapat merusak magnet, komponen terdekat, dan menghabiskan cairan pendingin yang berharga. Meskipun memiliki sifat yang kuat, melindungi mereka dari peristiwa merusak merupakan tantangan besar. Solusi terbaik adalah merancang magnet HTS yang menghindari quench sama sekali.

Itulah yang sedang difokuskan oleh para peneliti di Berkeley Lab. Maxim Marchevsky dan Soren Prestemon dari Divisi Teknologi Akselerator & Fisika Terapan (ATAP) telah mengembangkan strategi untuk mengidentifikasi kondisi di mana magnet HTS dapat beroperasi tanpa risiko penumpukan panas yang menyebabkan kegagalan magnet.

Prestemon membandingkan pendekatan mereka dengan merancang pesawat untuk pendaratan aman dalam kasus kegagalan mesin, bukan bertahan dalam kecelakaan. Karya mereka, yang baru-baru ini dipublikasikan dalam Superconductor Science and Technology, bertujuan untuk menghitung parameter operasional untuk konduktor HTS agar tidak mengalami quench.

Meskipun magnet HTS kurang rentan terhadap quenching karena dapat menoleransi kepadatan arus yang lebih tinggi dan rentang suhu yang lebih luas, mendeteksi quench yang akan datang lebih sulit karena sifat superkonduktifnya mati dalam kantong-kantong kecil bahan. Ini membuat monitoring sulit karena energi magnet yang besar akan berubah menjadi panas dengan cepat di area kecil.

blank
Sebuah papan eksperimental yang berisi material HTS superkonduktor berbentuk pita yang disebut Bi-2223 dan pemanas terkontrol digunakan untuk menguji konsep perlindungan magnet berbasis perlambatan termal. (Kredit: Marilyn Sargent/Berkeley Lab)

Kehilangan superkonduktivitas umumnya terjadi saat arus melebihi kapasitas superkonduktor, karena ketidaksempurnaan dalam struktur bahan atau peningkatan panas dari kerusakan sistem pendinginan atau dampak dari partikel bergerak cepat. Memantau dan mencegah quenching ini sangat penting, dan para peneliti berharap sistem pemantauan suhu yang didistribusikan mereka akan memberi peringatan kepada operator sebelum mencapai suhu kritis, memungkinkan mereka untuk mengurangi arus dan menghindari quenching.

Jika berhasil, pendekatan mereka dapat menyebabkan adopsi luas dari magnet HTS, menawarkan medan magnet yang lebih tinggi dan biaya perawatan yang lebih murah dibandingkan dengan rekan-rekan suhu rendah tradisional. Kemajuan ini akan secara signifikan mengurangi biaya untuk penelitian yang didorong oleh akselerator dan mendukung tujuan ambisius energi fusi.

Referensi:

[1] https://newscenter.lbl.gov/2024/03/11/preventing-magnet-meltdowns-before-they-can-start/ diakses pada 30 Maret 2024

[2] M Marchevsky, S Prestemon. Thermal runaway criterion as a basis for the protection of high-temperature superconductor magnetsSuperconductor Science and Technology, 2024; 37 (3): 035012 DOI: 10.1088/1361-6668/ad20fe

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *