Kina gradi rekordni magnet – ali ne bez cijene

Kina gradi rekordni magnet – ali ne bez cijene

Kina je sada dom najsnažnijeg otporničkog magneta na svijetu, koji proizvodi magnetsko polje više od 800.000 puta jače od Zemljinog.

Dana 22. rujna, magnet je održavao konstantno magnetsko polje od 42,02 Tesla u postrojenju za stalno visoko magnetsko polje (SHMFF) na Hefei Institutima za fizičke znanosti Kineske akademije znanosti. Ova prekretnica za dlaku nadmašuje rekord od 41,4 Tesla koji je 2017. postavio otporni magnet u američkom Nacionalnom laboratoriju za visoko magnetsko polje (NHMFL) u Tallahasseeju na Floridi. Otporni magneti sastoje se od namotanih metalnih žica i koriste se u magnetskim sustavima diljem svijeta.

Rekorder iz Kine postavlja temelje za izgradnju pouzdanih magneta koji mogu održavati sve jača magnetska polja. To bi istraživačima omogućilo da steknu iznenađujuće nove fizičke uvide, kaže Joachim Wosnitza, fizičar u Dresden High Field Laboratory u Njemačkoj.

Otporni magnet, otvoren za međunarodne korisnike, drugi je veliki doprinos Kine globalnom nastojanju da se generiraju sve veća magnetska polja. U 2022. hibridni magnet SHMFF, koji kombinira otporni magnet sa supravodljivim, proizveo je polje od 45,22 Tesla i smatra se najsnažnijim stalnim magnetom na svijetu.

Alat za istraživanje

Magneti visokog polja korisni su alati za otkrivanje skrivenih svojstava naprednih materijala kao što su Supervodiči – Materijali koji provode struju na vrlo niskim temperaturama bez gubitka topline. Visoka polja također nude priliku za otkrivanje potpuno novih fizičkih fenomena, kaže Marc-Henri Julien, fizičar čvrstog stanja u Nacionalnom laboratoriju za intenzivna magnetska polja u Grenobleu, Francuska. "Možete stvoriti ili manipulirati novim stanjima materije", objašnjava Julien.

Visoka polja također su korisna za eksperimente koji se temelje na vrlo osjetljivim mjerenjima jer povećavaju rezoluciju i olakšavaju otkrivanje slabih pojava, kaže Alexander Eaton, fizičar čvrstog stanja sa Sveučilišta u Cambridgeu, UK. “Svaki dodatni Tesla je eksponencijalno bolji od prethodnog”, dodaje.

Guangli Kuang, fizičar koji se specijalizirao za visoka magnetska polja na SHMFF-u, objašnjava da je tim proveo godine modificirajući magnet kako bi postigao najnoviji rekord. "Nije bilo lako to ostvariti", kaže.

Pouzdan, ali skup

Otporni magneti su starija tehnologija, ali mogu održavati magnetska polja dulje vrijeme nego njihovi noviji hibridni i potpuno supravodljivi parnjaci, objašnjava Wosnitza. Njihova se magnetska polja također mogu puno brže povećati, što ih čini svestranim eksperimentalnim alatima. "Možete samo okrenuti prekidač i prijeći s nula Tesla na visoka polja za nekoliko minuta", kaže.

Veliki nedostatak otpornih magneta je velika potrošnja energije, što ih čini skupima, kaže Eaton. Tako je SHMFF-ov otpornički magnet izvukao 32,3 megavata električne energije kako bi stvorio svoje rekordno polje. "Morate imati vrlo dobar znanstveni razlog da opravdate ovaj resurs", objašnjava Eaton.

Ovaj izazov pokreće utrku za razvoj hibridnih i potpuno supravodljivih magneta koji mogu generirati visoka polja s manje energije. Godine 2019. istraživači NHMFL-a izgradili su minijaturizirani supravodljivi magnet s dokazom koncepta koji je nakratko Polje od 45,5 Tesla održavaju i trenutno razvijaju veći supravodljivi magnet od 40 Tesla za eksperimente. Tim na SHMFF-u gradi hibridni magnet s 55 Tesla. Iako se očekuje da će ovi noviji magneti biti jeftiniji za rad od svojih otporničkih prethodnika, oni dolaze sa svojim izazovima: skuplji su za proizvodnju i zahtijevaju komplicirane sustave hlađenja, objašnjava inženjer Mark Bird, jedan od voditelja magnetske znanosti i tehnologije na NHMFL-u. "Tehnologija se još uvijek razvija i troškovi još nisu jasni", kaže Bird.