Hiina ehitab rekordilist magnetit, kuid mitte ilma hinnata

Hiina ehitab rekordilist magnetit, kuid mitte ilma hinnata

Hiina on nüüd koduks maailma võimsaimale takistusmagnetile, mis tekitas Maa omast enam kui 800 000 korra tugevama magnetvälja.

22. septembril säilitas magnet Hiina Teaduste Akadeemia Hefei Füüsikaliste Teaduste Instituudis Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) konstantse magnetvälja 42,02 Teslat. See verstapost ületab napilt 2017. aastal Floridas Tallahassee osariigis asuvas USA riiklikus kõrgmagnetvälja laboris (NHMFL) takistusmagnetiga püstitatud rekordi 41,4 Teslat. Takistusmagnetid koosnevad keritud metalljuhtmetest ja neid kasutatakse magnetsüsteemides kogu maailmas.

Hiinast pärit rekordiomanik paneb aluse usaldusväärsete magnetite ehitamisele, mis suudavad säilitada üha tugevamaid magnetvälju. See võimaldaks teadlastel saada üllatavaid uusi füüsilisi teadmisi, ütleb Joachim Wosnitza, Saksamaa Dresdeni kõrgväljalabori füüsik.

Takistusmagnet, mis on avatud rahvusvahelistele kasutajatele, on Hiina teine ​​suur panus ülemaailmsesse jõupingutusse üha suuremate magnetväljade tekitamiseks. 2022. aastal andis SHMFF-i hübriidmagnet, mis ühendab takistusliku ja ülijuhtiva magneti, välja 45,22 Tesla ja seda peetakse maailma võimsaimaks töötavaks püsimagnetiks.

Uurimisvahend

Tugeva väljaga magnetid on kasulikud tööriistad täiustatud materjalide varjatud omaduste paljastamiseks, näiteks Ülijuhid – Materjalid, mis juhivad elektrit väga madalatel temperatuuridel ilma soojust kaotamata. Kõrged väljad pakuvad ka võimalust avastada täiesti uusi füüsilisi nähtusi, ütleb Prantsusmaal Grenoble'is asuva intensiivsete magnetväljade riikliku labori tahkisfüüsik Marc-Henri Julien. "Saate luua uusi aine olekuid või nendega manipuleerida," selgitab Julien.

Kõrged väljad on kasulikud ka väga tundlikel mõõtmistel põhinevate katsete puhul, kuna need suurendavad eraldusvõimet ja hõlbustavad nõrkade nähtuste tuvastamist, ütleb Ühendkuningriigi Cambridge'i ülikooli tahkisfüüsik Alexander Eaton. "Iga täiendav Tesla on eelmisest eksponentsiaalselt parem," lisab ta.

SHMFF-i kõrgetele magnetväljadele spetsialiseerunud füüsik Guangli Kuang selgitab, et meeskond kulutas aastaid magneti muutmiseks, et saavutada uusim rekord. "Seda ei olnud lihtne teha," ütleb ta.

Usaldusväärne, kuid kallis

Takistusmagnetid on vanem tehnoloogia, kuid suudavad säilitada magnetvälju pikema aja jooksul kui nende uuemad hübriid- ja täielikult ülijuhtivad analoogid, selgitab Wosnitza. Nende magnetvälju saab ka palju kiiremini suurendada, muutes need mitmekülgseteks eksperimentaalseteks tööriistadeks. "Võite lihtsalt lülitit keerata ja null-Teslast mõne minutiga kõrgetele väljadele minna," ütleb ta.

Takistusmagnetite suur puudus on suur energiatarve, mis muudab need kalliks, ütleb Eaton. Nii tõmbas SHMFFi takistusmagnet oma rekordvälja loomiseks 32,3 megavatti elektrit. "Selle ressursi õigustamiseks peab teil olema väga hea teaduslik põhjus," selgitab Eaton.

See väljakutse juhib võidujooksu hübriidsete ja täielikult ülijuhtivate magnetite väljatöötamiseks, mis suudavad genereerida väiksema energiaga suuri välju. 2019. aastal ehitasid NHMFLi teadlased miniatuurse kontseptsioonikindla ülijuhtiva magneti, mis lühidalt Välja 45,5 Teslat hooldatud ja arendavad praegu katseteks suuremat 40 Tesla ülijuhtivat magnetit. SHMFF-i meeskond ehitab 55 Teslaga hübriidmagnetit. Kuigi need uuemad magnetid on eeldatavasti odavamad kui nende takistuslikud eelkäijad, on neil oma väljakutsed: nende tootmine on kallim ja need nõuavad keerulisi jahutussüsteeme, selgitab insener Mark Bird, NHMFL-i magnetteaduse ja -tehnoloogia kaasjuht. "Tehnoloogiat arendatakse endiselt ja kulud pole veel selged, " ütleb Bird.