Китай строи рекорден магнит – но не и без цена

Китай строи рекорден магнит – но не и без цена

Сега Китай е дом на най-мощния резистивен магнит в света, който създава магнитно поле, повече от 800 000 пъти по-силно от земното.

На 22 септември магнитът поддържаше постоянно магнитно поле от 42,02 тесла в инсталацията за стабилно високо магнитно поле (SHMFF) в Институтите по физически науки в Хефей на Китайската академия на науките. Този крайъгълен камък надминава рекорда от 41,4 Тесла, поставен през 2017 г. от резистивен магнит в Националната лаборатория за силно магнитно поле на САЩ (NHMFL) в Талахаси, Флорида. Резистивните магнити се състоят от навити метални жици и се използват в магнитни системи по целия свят.

Рекордьорът от Китай полага основата за изграждане на надеждни магнити, които могат да поддържат все по-силни магнитни полета. Това би позволило на изследователите да получат изненадващи нови физически прозрения, казва Йоахим Уосница, физик от Дрезденската лаборатория за високо поле в Германия.

Резистивният магнит, отворен за международни потребители, е вторият голям принос на Китай към глобалния тласък за генериране на все по-високи магнитни полета. През 2022 г. хибридният магнит на SHMFF, който съчетава резистивен магнит със свръхпроводящ, произведе поле от 45,22 тесла и се счита за най-мощния работещ постоянен магнит в света.

Инструмент за изследване

Магнитите с високо поле са полезни инструменти за разкриване на скрити свойства на модерни материали като Свръхпроводници – Материали, които провеждат електричество при много ниски температури, без да губят топлина. Високите полета също предлагат възможност за откриване на изцяло нови физически явления, казва Марк-Анри Жулиен, физик на твърдо тяло в Националната лаборатория за интензивни магнитни полета в Гренобъл, Франция. „Можете да създавате или манипулирате нови състояния на материята“, обяснява Жулиен.

Високите полета също са полезни за експерименти, базирани на много чувствителни измервания, защото увеличават разделителната способност и улесняват откриването на слаби явления, казва Александър Итън, физик на твърдо тяло в университета в Кеймбридж, Обединеното кралство. „Всяка допълнителна Tesla е експоненциално по-добра от предишната“, добавя той.

Guangli Kuang, физик, който специализира в силни магнитни полета в SHMFF, обяснява, че екипът е прекарал години в модифициране на магнита, за да постигне последния рекорд. „Не беше лесно да го осъществим“, казва той.

Надеждни, но скъпи

Резистивните магнити са по-стара технология, но могат да поддържат магнитни полета за по-дълги периоди от време, отколкото техните по-нови хибридни и напълно свръхпроводящи колеги, обяснява Wosnitza. Техните магнитни полета също могат да бъдат увеличени много по-бързо, което ги прави универсални експериментални инструменти. „Можете просто да завъртите превключвателя и да преминете от нула Tesla към високи полета за минути“, казва той.

Големият недостатък на резистивните магнити е високата консумация на енергия, което ги прави скъпи, казва Eaton. Така че резистивният магнит на SHMFF привлече 32,3 мегавата електричество, за да създаде своето рекордно поле. „Трябва да имате много добра научна причина, за да оправдаете този ресурс“, обяснява Итън.

Това предизвикателство води до надпреварата за разработване на хибридни и напълно свръхпроводящи магнити, които могат да генерират силни полета с по-малко енергия. През 2019 г. изследователите на NHMFL построиха миниатюризиран свръхпроводящ магнит с доказателство за концепцията, който за кратко Поле от 45,5 тесла поддържат и в момента разработват по-голям свръхпроводящ магнит от 40 тесла за експерименти. Екипът на SHMFF изгражда хибриден магнит с 55 Тесла. Въпреки че се очаква тези по-нови магнити да бъдат по-евтини за работа от техните резистивни предшественици, те идват със своите собствени предизвикателства: те са по-скъпи за производство и изискват сложни системи за охлаждане, обяснява инженерът Марк Бърд, един от ръководителите на магнитната наука и технологии в NHMFL. „Технологията все още се разработва и разходите все още не са ясни“, казва Бърд.