- El Laboratorio Nacional Brookhaven rediseña el sistema de almacenamiento de imanes superconductores, con un ahorro previsto de aproximadamente US$420,000.
- El nuevo diseño de los soportes permite albergar cuatro imanes en un espacio limitado, aumentando la capacidad de almacenamiento.
- El rediseño busca cumplir los requisitos de carga y seguridad, y se realizaron amplias comprobaciones mediante simulación.
- El proyecto muestra cómo el rediseño estructural puede incrementar la densidad de almacenamiento y reducir costos.
El sistema de almacenamiento de imanes superconductores rediseñado por el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. (Brookhaven National Laboratory) prevé un ahorro de aproximadamente US$420,000 (unos HK$3,276,000), al tiempo que aumenta la capacidad de almacenamiento de los equipos necesarios para los futuros aceleradores de partículas. La estructura de cuatro niveles puede albergar hasta 45,000 libras de imanes en un espacio limitado. Este diseño fue desarrollado por Robert Desjardins, estudiante de cuarto año de Tecnología de Ingeniería Mecánica en el Instituto de Tecnología de Rochester (Rochester Institute of Technology, RIT), durante una pasantía de verano de 10 semanas.
El diseño ayudará a Brookhaven a almacenar aproximadamente 80 imanes que se están retirando del Colisionador de Iones Pesados Relativista (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC). Estos equipos están previstos para ser reutilizados en el Colisionador Electrón-Ión (Electron-Ion Collider, EIC), cuyo inicio de operaciones se espera para mediados de la década de 2030. Cada imán superconductor mide unos 20 pies de largo y pesa más de 10,000 libras.
El nuevo diseño aumenta la capacidad de almacenamiento
El nuevo diseño de los soportes aumenta la capacidad de almacenamiento de tres a cuatro imanes sin necesidad de espacio adicional en el suelo.
El diseño original de los soportes de almacenamiento data de la década de 1990 y solo podía albergar tres imanes. Brookhaven necesitaba una estructura más alta para acomodar un imán adicional, cumpliendo al mismo tiempo los requisitos de carga y seguridad. Desjardins rediseñó los soportes utilizando modelos de ingeniería asistida por computadora, revisó los planos existentes y colaboró con los fabricantes para evaluar la estructura propuesta. Desjardins declaró: «El soporte original se diseñó en la década de 1990, cuando solo podía albergar tres imanes. Querían aumentar la capacidad a cuatro». El rediseño también requirió amplias simulaciones para evaluar la resistencia estructural, la capacidad de carga y el comportamiento sísmico.
Las simulaciones garantizan la seguridad
Estas comprobaciones tienen como objetivo determinar si los soportes pueden sostener de forma segura el equipo pesado, incluidas las fuerzas relacionadas con sismos. Desjardins trabajó con el ingeniero mecánico de Brookhaven Jonathon Greene, egresado de RIT, quien supervisó el proyecto. Según Greene, el diseño revisado redujo el costo del diseño original al aumentar la altura. Señaló: «Robert redujo el costo del diseño original al aumentar la altura. Así ahorramos aproximadamente US$420,000 (unos HK$3,276,000)». Según lo informado, el ahorro está relacionado con el rediseño de los soportes de almacenamiento, pero la información proporcionada no detalla cómo se calculó el ahorro ni ofrece una verificación independiente de esa cifra.
El RHIC de Brookhaven ha operado durante más de 26 años, permitiendo a los científicos estudiar la materia en condiciones extremas. Algunos de los imanes superconductores se conservarán para el nuevo Colisionador Electrón-Ión, en lugar de ser desechados. El desarrollo del EIC tiene como objetivo investigar la estructura interna de los protones y los núcleos atómicos. El acelerador hará colisionar electrones con iones, lo que permitirá a los investigadores examinar el comportamiento de los quarks y gluones dentro de la materia. La conservación de los imanes existentes forma parte de la preparación del laboratorio para la transición entre las dos instalaciones. Los soportes rediseñados proporcionarán espacio de almacenamiento para que el equipo pueda ser reutilizado.
Durante el desarrollo, Desjardins presentó actualizaciones del diseño a los ingenieros y científicos de Brookhaven, y respondió preguntas sobre la selección de materiales, las evaluaciones de seguridad y los resultados de las simulaciones. Brookhaven también documentó el prototipo del soporte de cuatro niveles. Sin embargo, el material proporcionado no confirma si se han fabricado todos los soportes necesarios ni si el inventario completo de aproximadamente 80 imanes ya ha sido trasladado al almacenamiento.
El proyecto demuestra cómo un rediseño estructural relativamente simple puede aumentar la densidad de almacenamiento y reducir los costos de infraestructura, al tiempo que apoya la construcción de grandes instalaciones científicas.
La importancia del rediseño estructural para la investigación científica
El rediseño del sistema de almacenamiento de imanes superconductores del Laboratorio Nacional Brookhaven no solo incrementa la capacidad de almacenamiento, sino que también muestra el potencial de aprovechar eficazmente los recursos en un espacio limitado. Esta innovación tecnológica es crucial para la operación de los futuros aceleradores de partículas, ya que permite respaldar experimentos científicos de mayor envergadura sin aumentar los costos. De este modo, el laboratorio puede prepararse mejor para la transición a la nueva instalación y garantizar el uso continuo de los equipos existentes, impulsando así el progreso de la investigación científica.