Η Κίνα χτίζει έναν μαγνήτη που σπάει ρεκόρ – αλλά όχι χωρίς τίμημα

Η Κίνα χτίζει έναν μαγνήτη που σπάει ρεκόρ – αλλά όχι χωρίς τίμημα

Η Κίνα είναι τώρα το σπίτι του πιο ισχυρού ωμικού μαγνήτη στον κόσμο, ο οποίος παρήγαγε ένα μαγνητικό πεδίο πάνω από 800.000 φορές ισχυρότερο από αυτό της Γης.

Στις 22 Σεπτεμβρίου, ο μαγνήτης διατήρησε σταθερό μαγνητικό πεδίο 42,02 Tesla στην Εγκατάσταση Σταθερού Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου (SHMFF) στα Ινστιτούτα Φυσικών Επιστημών Hefei της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών. Αυτό το ορόσημο ξεπερνά οριακά το ρεκόρ των 41,4 Tesla που σημειώθηκε το 2017 από έναν μαγνήτη αντίστασης στο Εθνικό Εργαστήριο Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου των ΗΠΑ (NHMFL) στο Tallahassee της Φλόριντα. Οι ωμικοί μαγνήτες αποτελούνται από τυλιγμένα μεταλλικά σύρματα και χρησιμοποιούνται σε συστήματα μαγνητών παγκοσμίως.

Ο κάτοχος του ρεκόρ από την Κίνα θέτει τα θεμέλια για την κατασκευή αξιόπιστων μαγνητών που μπορούν να διατηρήσουν όλο και ισχυρότερα μαγνητικά πεδία. Αυτό θα επέτρεπε στους ερευνητές να αποκτήσουν εκπληκτικές νέες φυσικές γνώσεις, λέει ο Joachim Wosnitza, φυσικός στο εργαστήριο High Field της Δρέσδης στη Γερμανία.

Ο ωμικός μαγνήτης, ανοιχτός σε διεθνείς χρήστες, είναι η δεύτερη σημαντική συμβολή της Κίνας στην παγκόσμια ώθηση για τη δημιουργία ολοένα και υψηλότερων μαγνητικών πεδίων. Το 2022, ο υβριδικός μαγνήτης του SHMFF, ο οποίος συνδυάζει έναν ωμικό μαγνήτη με έναν υπεραγώγιμο, παρήγαγε πεδίο 45,22 Tesla και θεωρείται ο πιο ισχυρός λειτουργικός μόνιμος μαγνήτης στον κόσμο.

Εργαλείο έρευνας

Οι μαγνήτες υψηλού πεδίου είναι χρήσιμα εργαλεία για την αποκάλυψη κρυφών ιδιοτήτων προηγμένων υλικών όπως π.χ Υπεραγωγοί – Υλικά που μεταφέρουν ηλεκτρισμό σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες χωρίς απώλεια θερμότητας. Τα υψηλά πεδία προσφέρουν επίσης την ευκαιρία να ανακαλύψουμε εντελώς νέα φυσικά φαινόμενα, λέει ο Marc-Henri Julien, φυσικός στερεάς κατάστασης στο Εθνικό Εργαστήριο για Έντονα Μαγνητικά Πεδία στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας. «Μπορείτε να δημιουργήσετε ή να χειριστείτε νέες καταστάσεις ύλης», εξηγεί ο Julien.

Τα υψηλά πεδία είναι επίσης χρήσιμα για πειράματα που βασίζονται σε πολύ ευαίσθητες μετρήσεις, επειδή αυξάνουν την ανάλυση και διευκολύνουν την ανίχνευση αχνών φαινομένων, λέει ο Alexander Eaton, φυσικός στερεάς κατάστασης στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, στο Ηνωμένο Βασίλειο. «Κάθε επιπλέον Tesla είναι εκθετικά καλύτερο από το προηγούμενο», προσθέτει.

Ο Guangli Kuang, ένας φυσικός που ειδικεύεται στα υψηλά μαγνητικά πεδία στο SHMFF, εξηγεί ότι η ομάδα πέρασε χρόνια τροποποιώντας τον μαγνήτη για να πετύχει το τελευταίο ρεκόρ. «Δεν ήταν εύκολο να γίνει αυτό», λέει.

Αξιόπιστο αλλά ακριβό

Οι ωμικοί μαγνήτες είναι παλαιότερη τεχνολογία, αλλά μπορούν να διατηρήσουν μαγνητικά πεδία για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους από τους νεότερους υβριδικούς και πλήρως υπεραγώγιμους ομολόγους τους, εξηγεί ο Wosnitza. Τα μαγνητικά τους πεδία μπορούν επίσης να αυξηθούν πολύ πιο γρήγορα, καθιστώντας τα ευέλικτα πειραματικά εργαλεία. «Μπορείτε απλώς να γυρίσετε έναν διακόπτη και να μεταβείτε από το μηδέν Tesla σε υψηλά πεδία μέσα σε λίγα λεπτά», λέει.

Το μεγάλο μειονέκτημα των μαγνητών αντίστασης είναι η υψηλή κατανάλωση ενέργειας, η οποία τους καθιστά ακριβούς, λέει ο Eaton. Έτσι, ο ωμικός μαγνήτης του SHMFF τράβηξε 32,3 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας για να δημιουργήσει το πεδίο ρεκόρ του. «Πρέπει να έχεις έναν πολύ καλό επιστημονικό λόγο για να δικαιολογήσεις αυτόν τον πόρο», εξηγεί ο Eaton.

Αυτή η πρόκληση οδηγεί τον αγώνα για την ανάπτυξη υβριδικών και πλήρως υπεραγώγιμων μαγνητών που μπορούν να δημιουργήσουν υψηλά πεδία με λιγότερη ενέργεια. Το 2019, οι ερευνητές του NHMFL κατασκεύασαν έναν μικροσκοπικό υπεραγώγιμο μαγνήτη που αποδείχθηκε ότι Πεδίο 45,5 Tesla συντηρούνται και αναπτύσσουν επί του παρόντος έναν μεγαλύτερο υπεραγώγιμο μαγνήτη 40 Tesla για πειράματα. Η ομάδα του SHMFF κατασκευάζει έναν υβριδικό μαγνήτη με 55 Tesla. Αν και αυτοί οι νεότεροι μαγνήτες αναμένεται να είναι λιγότερο ακριβοί στη λειτουργία τους από τους αντιστασιακούς προκατόχους τους, έχουν τις δικές τους προκλήσεις: Είναι πιο ακριβοί στην κατασκευή τους και απαιτούν περίπλοκα συστήματα ψύξης, εξηγεί ο μηχανικός Mark Bird, επικεφαλής της μαγνητικής επιστήμης και τεχνολογίας στο NHMFL. «Η τεχνολογία εξακολουθεί να αναπτύσσεται και το κόστος δεν είναι ακόμη σαφές», λέει ο Bird.