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» » » Dando paso a la siguiente revolución magnética

Con el paso de los años, los ingenieros han encontrado la manera de meter cada vez más transistores en un solo circuito integrado. A resultas de ello, han sido capaces de aumentar más potencia de computación en máquinas aún más pequeñas.

De igual manera, la clave para desarrollar mejores aceleradores de partículas de alta energía ha sido la construcción de imanes cada vez más poderosos en su interior.

El Departamento de Energía ha premiado recientemente al investigador científico del Fermilab, Tengming Shen, un ingeniero que trabaja para impulsar la revolución magnética.


Shen fue premiado con 500.000 dólares por año, por los cinco años de su labor de investigación en ingeniería, en este campo de alta tecnología de los materiales superconductores. Si su equipo tiene éxito, el trabajo podría allanar el camino para construir imanes superconductores de alto campo para futuros aceleradores, como el colisionador de muones propuesto por el Fermilab, para mejorar la energía del Gran Colisionador de Hadrones, y poder desarrollar nuevos dispositivos de imágenes médicas.

La estrategia de Shen es buscar el mejor material para imanes. Actualmente, los científicos utilizan dos materiales a base de niobio, NbTi y Nb3Sn. "Tienes que moverte por un territorio totalmente nuevo", señaló.

Shen trabaja con imanes superconductores que conducen la electricidad sin resistencia, cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura. Esto reduce la cantidad de energía necesaria para hacerlos funcionar y permite conseguir mayores campos magnéticos.

El Tevatron del Fermilab fue el primer acelerador de partículas en usar imanes superconductores de niobio-titanio. Los anteriores utilizaban imanes de hierro o cobre, requiriendo grandes cantidades de electricidad, que sin la refrigeración suficiente, tienden a fundirse.

El fundador del Fermilab, Bob Wilson, compró tanto niobio-titanio como pudo, y los científicos del Fermilab desarrollaron un proceso para la construcción de grandes imanes superconductores. La industria, con el tiempo, ha adoptado esta tecnología, para producir los imanes en masa que utilizan las máquinas de resonancia magnética, ahora se encuentran en la mayoría de los hospitales. Los grandes aceleradores de partículas que han seguido: el LHC, el CERN,  HERA en DESY y el RHIC en el Brookhaven National Laboratory, todos dependen de esta tecnología.

Los científicos  enfrían los imanes en el Tevatron con helio líquido, hasta alcanzar una intensidad de campo magnético de 4,3 Tesla. Los científicos que construyeron el Gran Colisionador de Hadrones enfriaron sus imanes con helio líquido superfluido, consiguiendo temperaturas aún más frías y casi doblando el rendimiento a 8,3 Tesla. El Fermilab, y otros laboratorios de Estados Unidos, han desarrollado nuevas tecnologías con niobio-estaño, Nb3Sn, que los científicos esperan les ayude a dar un salto de gigante hacia imanes de 12 a 13 Tesla.

El siguiente paso, de acuerdo con Shen, es empujar al límite la tecnología de imanes superconductores mediante la exploración de nuevos materiales más allá de la familia del niobio. Esto permitirá a los científicos alcanzar más del doble de energía del LHC sin aumentar el tamaño del acelerador.

Shen planea estudiar un grupo de superconductores de gran campo, en particular, Bi2Sr2CaCu2Ox, donde con este material él espera construir imanes con un alcance de hasta 50 Tesla.

Màs aún, el nuevo material podría ser utilizado para construir imanes de 1 a 5 Tesla operando a temperaturas más altas. Considerando que los actuales imanes superconductores deben ser enfriados con helio líquido y los imanes de Shen pueden ser enfriados con una unidad de refrigeración más simple. "El helio sale muy caro", apuntaba Shen. "Hay muchos lugares como África, India y China, que les gustaría desarrollar dispositivos criogénicos libres."

El desarrollo de superconductores de alta temperatura podrían conducir a mejores líneas de alta tensión, computadoras más rápidas y medios de transporte más eficientes energéticamente, añadió Shen. "Hay muchos materiales superconductores y muchos más por descubrir. El mundo entero puede ser un superconductor."


- Referencia: SymmetryMagazine.org, 22 mayo 2012
- Imagen: El Departamento de Energía galardonó a Tengming Shen por su investigación en imanes superconductores. Imagen: Fermilab

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Editor del blog Pedro Donaire

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