Un prototipo de bobina superconductora abre el camino a electroimanes más eficientes energéticamente

¿Cómo podemos avanzar en la investigación de vanguardia y consumir menos energía? Los científicos del CERN están trabajando en soluciones innovadoras y la superconductividad es uno de los ingredientes clave.

Un equipo ha probado recientemente con éxito una bobina magnética de demostración que reducirá significativamente el consumo de energía de ciertos experimentos. La bobina está hecha de diboruro de magnesio (MgB₂) cables superconductores, que se utilizan en la línea de transferencia eléctrica de alta intensidad que alimentará el Gran Colisionador de Alta Luminosidad (HL-LHC), el sucesor del LHC. Está montado en un yugo magnético de acero con bajo contenido de carbono que sostiene y concentra las líneas de campo, en una configuración denominada superférrica.

Este innovador imán está destinado al experimento SHiP, diseñado para detectar partículas que interactúan muy débilmente y cuya puesta en funcionamiento está prevista para 2031. Uno de los dos imanes del detector debe producir un campo de aproximadamente 0,5 teslas. El campo es de intensidad moderada, pero debe producirse en un gran volumen de 6 metros de alto y 4 metros de ancho y profundidad. Un electroimán resistivo de conducción normal tendría una potencia eléctrica de más de un megavatio y, como tendría que funcionar de forma continua, su consumo de energía sería elevado.

De ahí la idea de utilizar un superconductor que conduzca la electricidad sin resistencia y, por tanto, sin pérdida de energía por calentamiento. Éste es el principio en el que se basan los imanes del LHC. Sin embargo, se basan en una aleación de niobio y titanio, lo que requiere que se enfríen a una temperatura muy baja de -271 °C (2 Kelvin) utilizando helio superfluido producido por una compleja planta criogénica.

Los cables de diboruro de magnesio tienen la ventaja de ser superconductores a -253 °C (20 Kelvin). Pueden enfriarse con helio gaseoso y, por lo tanto, requieren un sistema criogénico menos complejo, lo que ofrece una mejor eficiencia termodinámica. No podrían usarse para imanes de aceleradores como los del LHC, que generan campos de alrededor de 8 teslas. Sin embargo, son adecuados para un imán grande con un campo moderado como el de SHiP.

La bobina de demostración, de un metro de longitud y construida el pasado mes de septiembre, acaba de superar con éxito las pruebas de funcionamiento en las que se enfrió con helio gaseoso a temperaturas de entre 20 y 30 Kelvin. Aunque todavía quedan muchos pasos por completar antes de que el imán SHiP esté listo, se trata de pruebas prometedoras que abren perspectivas para esta tecnología tanto en el CERN como en la industria.

«Un imán de este tipo podría consumir hasta 100 veces menos energía eléctrica que un imán superférrico convencional», afirma Arnaud Devred, que lleva a cabo el proyecto con un equipo del grupo de imanes del CERN. «A largo plazo, podríamos, por ejemplo, considerar la posibilidad de reequipar determinados imanes con MgB₂ bobinas para reducir su consumo eléctrico. Por tanto, este proyecto representa una excelente manera de mostrar los avances tecnológicos para el HL-LHC».

Los enlaces superconductores del HL-LHC están despertando un gran interés porque utilizan superconductores de alta temperatura, cuyo uso a gran escala permitiría un importante ahorro energético en muchos ámbitos, incluida nuestra vida cotidiana. Gracias a este desarrollo altamente innovador, el ámbito de aplicación de esta tecnología puede ampliarse a los electroimanes. El imán del espectrómetro SHiP podría ser una de las primeras aplicaciones.