Kiina rakentaa ennätysmäistä magneettia – mutta ei ilman hintaa

Kiina rakentaa ennätysmäistä magneettia – mutta ei ilman hintaa

Kiinassa on nykyään maailman tehokkain resistiivinen magneetti, joka tuotti yli 800 000 kertaa voimakkaamman magneettikentän kuin maapallon.

Syyskuun 22. päivänä magneetti ylläpiti jatkuvaa 42,02 Teslan magneettikenttää Kiinan tiedeakatemian Hefein fysikaalisten tieteiden laitoksen Steady High Magnetic Field Facilityssä (SHMFF). Tämä virstanpylväs voittaa tiukasti 41,4 Teslan ennätyksen, jonka resistiivinen magneetti asetti vuonna 2017 US National High Magnetic Field Laboratoryssa (NHMFL) Tallahasseen Floridassa. Resistiiviset magneetit koostuvat kierretyistä metallilangoista ja niitä käytetään magneettijärjestelmissä maailmanlaajuisesti.

Kiinalainen ennätyksenhaltija luo perustan luotettavien magneettien rakentamiselle, jotka pystyvät ylläpitämään yhä vahvempia magneettikenttiä. Tämä antaisi tutkijoille mahdollisuuden saada yllättäviä uusia fysikaalisia oivalluksia, sanoo Joachim Wosnitza, fyysikko Dresden High Field Laboratorysta Saksasta.

Resistiivinen magneetti, joka on avoin kansainvälisille käyttäjille, on Kiinan toinen merkittävä panos maailmanlaajuiseen pyrkimykseen luoda yhä suurempia magneettikenttiä. Vuonna 2022 SHMFF:n hybridimagneetti, joka yhdistää resistiivisen magneetin suprajohtavan magneetin, tuotti 45,22 Teslan kentän ja sitä pidetään maailman tehokkaimpana toimivana kestomagneettina.

Tutkimustyökalu

Korkeakentän magneetit ovat hyödyllisiä työkaluja edistyneiden materiaalien piilotettujen ominaisuuksien paljastamiseen, kuten Suprajohteet – Materiaalit, jotka johtavat sähköä erittäin alhaisissa lämpötiloissa menettämättä lämpöä. Korkeat kentät tarjoavat myös mahdollisuuden löytää täysin uusia fysikaalisia ilmiöitä, sanoo Marc-Henri Julien, solid-state fyysikko National Laboratory for Intense Magnetic Fields -laboratoriosta Grenoblessa, Ranskassa. "Voit luoda tai manipuloida uusia aineen tiloja", Julien selittää.

Korkeat kentät ovat hyödyllisiä myös erittäin herkkiin mittauksiin perustuvissa kokeissa, koska ne lisäävät resoluutiota ja helpottavat heikkojen ilmiöiden havaitsemista, sanoo Alexander Eaton, solid-state fyysikko Cambridgen yliopistosta Iso-Britanniasta. "Jokainen ylimääräinen Tesla on eksponentiaalisesti parempi kuin edellinen", hän lisää.

SHMFF:n suuriin magneettikenttiin erikoistunut fyysikko Guangli Kuang selittää, että tiimi käytti vuosia modifioimalla magneettia saavuttaakseen uusimman ennätyksen. "Sen toteuttaminen ei ollut helppoa", hän sanoo.

Luotettava mutta kallis

Resistiiviset magneetit ovat vanhempi tekniikka, mutta ne voivat ylläpitää magneettikenttiä pidempään kuin niiden uudemmat hybridi- ja täysin suprajohtavat vastineet, Wosnitza selittää. Niiden magneettikenttiä voidaan myös kasvattaa paljon nopeammin, mikä tekee niistä monipuolisia kokeellisia työkaluja. "Voit vain kääntää kytkimen ja siirtyä nolla-Teslasta suuriin kenttiin minuuteissa", hän sanoo.

Resistiivisten magneettien suuri haitta on suuri virrankulutus, mikä tekee niistä kalliita, Eaton sanoo. Joten SHMFF:n resistiivinen magneetti käytti 32,3 megawattia sähköä luodakseen ennätyskentän. "Sinulla on oltava erittäin hyvä tieteellinen syy perustella tämä resurssi", Eaton selittää.

Tämä haaste ajaa kilpailua kehittää hybridi- ja täysin suprajohtavia magneetteja, jotka voivat tuottaa suuria kenttiä pienemmällä energialla. Vuonna 2019 NHMFL:n tutkijat rakensivat pienoiskokoisen, konseptivapaan suprajohtavan magneetin, joka Kenttä 45,5 Tesla ylläpidetään ja kehittelevät parhaillaan suurempaa 40 Teslan suprajohtavaa magneettia kokeita varten. SHMFF:n tiimi rakentaa hybridimagneettia 55 Teslan kanssa. Vaikka näiden uudempien magneettien odotetaan olevan halvempia käyttää kuin niiden resistiiviset edeltäjänsä, niillä on omat haasteensa: ne ovat kalliimpia valmistaa ja vaativat monimutkaisia ​​jäähdytysjärjestelmiä, selittää insinööri Mark Bird, NHMFL:n magneettitieteen ja teknologian toinen johtaja. "Teknologiaa kehitetään edelleen, eivätkä kustannukset ole vielä selvillä", Bird sanoo.