La Cina sta costruendo un magnete da record, ma non senza un prezzo

La Cina sta costruendo un magnete da record, ma non senza un prezzo

La Cina ora ospita il magnete resistivo più potente del mondo, che ha prodotto un campo magnetico più di 800.000 volte più forte di quello terrestre.

Il 22 settembre, il magnete ha mantenuto un campo magnetico costante di 42,02 Tesla presso lo Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) presso l’Istituto di scienze fisiche Hefei dell’Accademia cinese delle scienze. Questo traguardo batte di poco il record di 41,4 Tesla stabilito nel 2017 da un magnete resistivo presso il National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) degli Stati Uniti a Tallahassee, in Florida. I magneti resistivi sono costituiti da fili metallici avvolti e vengono utilizzati nei sistemi magnetici in tutto il mondo.

Il detentore del record cinese getta le basi per la costruzione di magneti affidabili in grado di mantenere campi magnetici sempre più forti. Ciò consentirebbe ai ricercatori di scoprire nuove sorprendenti intuizioni fisiche, afferma Joachim Wosnitza, fisico presso il Laboratorio ad alto campo di Dresda in Germania.

Il magnete resistivo, aperto agli utenti internazionali, è il secondo grande contributo della Cina alla spinta globale per generare campi magnetici sempre più elevati. Nel 2022, il magnete ibrido del SHMFF, che combina un magnete resistivo con uno superconduttore, ha prodotto un campo di 45,22 Tesla ed è considerato il magnete permanente funzionante più potente al mondo.

Strumento di ricerca

I magneti ad alto campo sono strumenti utili per rivelare proprietà nascoste di materiali avanzati come Superconduttori – Materiali che conducono elettricità a temperature molto basse senza perdere calore. I campi elevati offrono anche l’opportunità di scoprire fenomeni fisici completamente nuovi, afferma Marc-Henri Julien, fisico dello stato solido presso il Laboratorio nazionale per i campi magnetici intensi di Grenoble, in Francia. "Puoi creare o manipolare nuovi stati della materia", spiega Julien.

I campi elevati sono utili anche per esperimenti basati su misurazioni molto sensibili perché aumentano la risoluzione e rendono più facile rilevare fenomeni deboli, afferma Alexander Eaton, fisico dello stato solido dell'Università di Cambridge, nel Regno Unito. "Ogni Tesla in più è esponenzialmente migliore della precedente", aggiunge.

Guangli Kuang, un fisico specializzato in campi magnetici elevati presso SHMFF, spiega che il team ha trascorso anni a modificare il magnete per ottenere l'ultimo record. “Non è stato facile realizzarlo”, dice.

Affidabile ma costoso

I magneti resistivi sono una tecnologia più vecchia, ma possono mantenere i campi magnetici per periodi di tempo più lunghi rispetto alle loro controparti ibride e completamente superconduttrici, spiega Wosnitza. I loro campi magnetici possono anche essere aumentati molto più rapidamente, rendendoli strumenti sperimentali versatili. "Puoi semplicemente girare un interruttore e passare da zero Tesla a campi elevati in pochi minuti", afferma.

Il grande svantaggio dei magneti resistivi è l’elevato consumo energetico, che li rende costosi, spiega Eaton. Quindi il magnete resistivo del SHMFF ha assorbito 32,3 megawatt di elettricità per creare il suo campo da record. "Devi avere un'ottima ragione scientifica per giustificare questa risorsa", spiega Eaton.

Questa sfida sta guidando la corsa allo sviluppo di magneti ibridi e completamente superconduttori in grado di generare campi elevati con meno energia. Nel 2019, i ricercatori della NHMFL hanno costruito un magnete superconduttore miniaturizzato e dimostrativo che per breve tempo Campo di 45,5 Tesla mantenuto e stanno attualmente sviluppando un magnete superconduttore più grande da 40 Tesla per gli esperimenti. Il team di SHMFF sta costruendo un magnete ibrido con 55 Tesla. Anche se si prevede che questi nuovi magneti siano meno costosi da utilizzare rispetto ai loro predecessori resistivi, presentano le loro sfide: sono più costosi da produrre e richiedono complicati sistemi di raffreddamento, spiega l’ingegnere Mark Bird, co-responsabile della scienza e della tecnologia magnetica presso NHMFL. "La tecnologia è ancora in fase di sviluppo e i costi non sono ancora chiari", afferma Bird.