Kina bygger en rekordstor magnet – men ikke uden en pris

Kina bygger en rekordstor magnet – men ikke uden en pris

Kina er nu hjemsted for verdens mest kraftfulde resistive magnet, som producerede et magnetfelt mere end 800.000 gange stærkere end Jordens.

Den 22. september opretholdt magneten et konstant magnetfelt på 42,02 Tesla ved Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) ved Hefei Institutes of Physical Sciences i det kinesiske videnskabsakademi. Denne milepæl slår snævert rekorden på 41,4 Tesla sat i 2017 af en resistiv magnet på US National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) i Tallahassee, Florida. Resistive magneter består af viklede metaltråde og bruges i magnetsystemer verden over.

Rekordholderen fra Kina lægger grundlaget for at bygge pålidelige magneter, der kan opretholde stadig stærkere magnetfelter. Dette ville give forskere mulighed for at få overraskende ny fysisk indsigt, siger Joachim Wosnitza, fysiker ved Dresden High Field Laboratory i Tyskland.

Den resistive magnet, der er åben for internationale brugere, er Kinas andet store bidrag til det globale fremstød for at generere stadig højere magnetfelter. I 2022 producerede SHMFFs hybridmagnet, som kombinerer en modstandsmagnet med en superledende, et felt på 45,22 Tesla og betragtes som den mest kraftfulde arbejdende permanentmagnet i verden.

Forskningsværktøj

Højfeltsmagneter er nyttige værktøjer til at afsløre skjulte egenskaber ved avancerede materialer som f.eks Superledere – Materialer, der leder elektricitet ved meget lave temperaturer uden at miste varme. Høje felter giver også mulighed for at opdage helt nye fysiske fænomener, siger Marc-Henri Julien, faststoffysiker ved National Laboratory for Intense Magnetic Fields i Grenoble, Frankrig. "Du kan skabe eller manipulere nye tilstande af stof," forklarer Julien.

Høje felter er også nyttige til eksperimenter baseret på meget følsomme målinger, fordi de øger opløsningen og gør det nemmere at opdage svage fænomener, siger Alexander Eaton, en faststof-fysiker ved University of Cambridge, Storbritannien. "Hver ekstra Tesla er eksponentielt bedre end den sidste," tilføjer han.

Guangli Kuang, en fysiker, der har specialiseret sig i høje magnetiske felter ved SHMFF, forklarer, at holdet brugte år på at modificere magneten for at opnå den seneste rekord. "Det var ikke let at få det til at ske," siger han.

Pålidelig men dyr

Resistive magneter er en ældre teknologi, men kan opretholde magnetfelter i længere tid end deres nyere hybride og fuldt superledende modstykker, forklarer Wosnitza. Deres magnetfelter kan også øges meget hurtigere, hvilket gør dem til alsidige eksperimentelle værktøjer. "Du kan bare dreje en kontakt og gå fra nul Tesla til høje felter på få minutter," siger han.

Den store ulempe ved resistive magneter er det høje strømforbrug, som gør dem dyre, siger Eaton. Så SHMFF's resistive magnet trak 32,3 megawatt elektricitet for at skabe sit rekordstore felt. "Du skal have en meget god videnskabelig grund for at retfærdiggøre denne ressource," forklarer Eaton.

Denne udfordring driver kapløbet om at udvikle hybride og fuldt superledende magneter, der kan generere høje felter med mindre energi. I 2019 byggede NHMFL-forskere en miniaturiseret, proof-of-concept superledende magnet, der kortvarigt Felt på 45,5 Tesla vedligeholdt, og er i øjeblikket ved at udvikle en større 40 Tesla superledende magnet til eksperimenter. Holdet hos SHMFF bygger en hybridmagnet med 55 Tesla. Selvom disse nyere magneter forventes at være billigere i drift end deres resistive forgængere, kommer de med deres egne udfordringer: De er dyrere at fremstille og kræver komplicerede kølesystemer, forklarer ingeniør Mark Bird, co-leader af magnetisk videnskab og teknologi ved NHMFL. "Teknologien er stadig under udvikling, og omkostningerne er endnu ikke klare," siger Bird.