Imán superconductor

electroimán fabicado a partir de espiras de alambre de un material superconductor

Un imán superconductor es un electroimán fabricado a partir de espiras de alambre de un material superconductor. Durante su funcionamiento deben ser refrigerados para mantenerlos a temperaturas criogénicas.[1]

Esquema de un imán superconductor de 20 tesla con un orificio vertical.

En su estado superconductor el alambre puede conducir una corriente eléctrica mucho mayor que la que soporta un alambre común, creando campos magnéticos intensos. Los imanes superconductores pueden producir campos magnéticos mayores que los electroimanes convencionales más poderosos y pueden ser más económicos de operar ya que no se disipa energía en forma de calor en sus bobinados.[1]​ Se los utiliza en la construcción de máquinas de imágenes por resonancia magnética usadas en hospitales, y en equipos científicos tales como espectrómetros de masa y aceleradores de partículas.[1]

AnomalíasEditar

Extinción magnéticaEditar

Una extinción es una terminación anormal de la operación del imán que ocurre cuando parte de la bobina superconductora entra en el estado normal (resistivo). Esto puede ocurrir porque el campo magnético dentro del imán es demasiado grande, la tasa de cambio de campo es demasiado grande (lo que provoca corrientes parásitas y el calentamiento resultante en la matriz de soporte de cobre) o una combinación de ambos. Más raramente, un defecto en el imán puede causar un apagado. Cuando esto sucede, ese lugar en particular está sujeto a un rápido calentamiento Joule por la enorme corriente, que eleva la temperatura de las regiones circundantes. Esto también empuja a esas regiones al estado normal, lo que conduce a un mayor calentamiento en una reacción en cadena. Todo el imán se normaliza rápidamente (esto puede llevar varios segundos, dependiendo del tamaño de la bobina superconductora). Esto se acompaña de un fuerte estallido cuando la energía del campo magnético se convierte en calor y el líquido criogénico se evapora rápidamente. La disminución abrupta de la corriente puede provocar picos de voltaje inductivo de kilovoltios y arcos eléctricos. El daño permanente al imán es raro, pero los componentes pueden dañarse por calentamiento localizado, altos voltajes o grandes fuerzas mecánicas. En la práctica, los imanes suelen tener dispositivos de seguridad para detener o limitar la corriente cuando se detecta el comienzo de un enfriamiento. Si un imán grande se enfría, el vapor inerte formado por el fluido criogénico que se evapora puede presentar un peligro de asfixia significativo para los operadores al desplazar el aire respirable.

Una gran parte de los imanes superconductores del Gran Colisionador de Hadrones del CERN se apagaron inesperadamente durante las operaciones de puesta en marcha en 2008, lo que requirió el reemplazo de varios imanes.[2]​ Para mitigar los apagones potencialmente destructivos, los imanes superconductores que forman el LHC están equipados con calentadores de rampa rápida que se activan una vez que el complejo sistema de protección de enfriamiento detecta un evento de enfriamiento. Como los imanes de flexión dipolo están conectados en serie, cada circuito de potencia incluye 154 imanes individuales, y si ocurre un evento de apagado, toda la energía almacenada combinada de estos imanes debe ser descargada de una vez. Esta energía se transfiere a vertederos que son bloques masivos de metal que se calientan hasta varios cientos de grados Celsius debido al calentamiento resistivo en cuestión de segundos. Aunque no es deseable, la extinción de un imán es un "evento bastante rutinario" durante el funcionamiento de un acelerador de partículas.[3]

ReferenciasEditar

  1. a b c Case Studies in Superconducting Magnets: Design and Operational Issues. Yukikazu Iwasa. Springer (1994)- Science - 421 pag. ISBN 0306448815, ISBN 29780306448812
  2. «"Interim Summary Report on the Analysis of the 19 September 2008 Incident at the LHC"». CERN. 
  3. Peterson, Tom. «Magnet quench». symmetry magazine (en inglés). Consultado el 16 de octubre de 2020. 

BibliografíaEditar

Enlaces externosEditar