Kína rekordmágnest épít – de nem ár nélkül

Kína rekordmágnest épít – de nem ár nélkül

Kínában található ma a világ legerősebb rezisztív mágnese, amely a földinél több mint 800 000-szer erősebb mágneses teret hozott létre.

Szeptember 22-én a mágnes állandó, 42,02 Tesla mágneses teret tartott fenn a Kínai Tudományos Akadémia Hefei Fizikai Tudományok Intézetének Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) létesítményében. Ez a mérföldkő szorosan megdönti a floridai Tallahassee-ban található US National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) rezisztív mágnes által 2017-ben felállított 41,4 Tesla rekordot. A rezisztív mágnesek tekercselt fémhuzalokból állnak, és világszerte használják mágnesrendszerekben.

A Kínából származó rekorder megalapozza a megbízható mágnesek építését, amelyek egyre erősebb mágneses tereket képesek fenntartani. Ez lehetővé tenné a kutatók számára, hogy meglepő új fizikai felismerésekre tegyenek szert – mondja Joachim Wosnitza, a németországi Drezdai High Field Laboratory fizikusa.

A nemzetközi felhasználók számára nyitott rezisztív mágnes Kína második jelentős hozzájárulása az egyre nagyobb mágneses mezők generálására irányuló globális törekvéshez. 2022-ben az SHMFF hibrid mágnese, amely rezisztív mágnest és szupravezető mágnest egyesít, 45,22 Tesla mezőt produkált, és a világ legerősebb működő állandó mágnesének tartják.

Kutatási eszköz

A nagy térerejű mágnesek hasznos eszközök a fejlett anyagok rejtett tulajdonságainak feltárására, mint pl Szupravezetők – Olyan anyagok, amelyek nagyon alacsony hőmérsékleten vezetik az elektromosságot hőveszteség nélkül. A magas mezők teljesen új fizikai jelenségek felfedezésére is lehetőséget kínálnak – mondja Marc-Henri Julien, a franciaországi Grenoble-i Intenzív Mágneses Terek Nemzeti Laboratóriumának szilárdtest-fizikusa. „Új halmazállapotokat hozhat létre vagy manipulálhat” – magyarázza Julien.

A nagy mezők a nagyon érzékeny méréseken alapuló kísérleteknél is hasznosak, mert növelik a felbontást, és megkönnyítik a halvány jelenségek észlelését – mondja Alexander Eaton, a brit Cambridge-i Egyetem szilárdtestfizikusa. „Minden további Tesla exponenciálisan jobb, mint az előző” – teszi hozzá.

Guangli Kuang, az SHMFF nagy mágneses tereire szakosodott fizikusa elmagyarázza, hogy a csapat éveket töltött a mágnes módosításával, hogy elérje a legújabb rekordot. „Nem volt könnyű ezt megvalósítani” – mondja.

Megbízható de drága

A rezisztív mágnesek régebbi technológia, de hosszabb ideig képesek fenntartani a mágneses mezőket, mint az újabb hibrid és teljesen szupravezető társai, magyarázza Wosnitza. Mágneses mezejük is sokkal gyorsabban növelhető, így sokoldalú kísérleti eszközökké válnak. „Csak elfordíthat egy kapcsolót, és percek alatt a nulla Tesláról a magas mezőkre válthat” – mondja.

Az ellenállásmágnesek nagy hátránya a nagy energiafogyasztás, ami drágává teszi őket, mondja Eaton. Így az SHMFF rezisztív mágnese 32,3 megawatt elektromos áramot húzott fel, hogy létrehozza a rekorder mezőjét. „Nagyon jó tudományos indok kell ahhoz, hogy igazolja ezt az erőforrást” – magyarázza Eaton.

Ez a kihívás vezeti a versenyt olyan hibrid és teljesen szupravezető mágnesek kifejlesztésére, amelyek kisebb energiával képesek nagy mezőket generálni. 2019-ben az NHMFL kutatói megépítettek egy miniatürizált, elvileg bizonyított szupravezető mágnest, amely rövid időre 45,5 Tesla mező karbantartott, és jelenleg egy nagyobb, 40 Teslás szupravezető mágnest fejlesztenek kísérletekhez. Az SHMFF csapata hibrid mágnest épít 55 Teslával. Bár ezek az újabb mágnesek várhatóan olcsóbbak lesznek, mint ellenállásos elődeik, megvannak a maguk kihívásai: drágábbak a gyártásuk, és bonyolult hűtőrendszereket igényelnek – magyarázza Mark Bird mérnök, az NHMFL mágneses tudomány és technológia társvezetője. „A technológia még mindig fejlesztés alatt áll, a költségek pedig még nem tisztázottak” – mondja Bird.