Kinija kuria rekordinį magnetą, bet ne be kainos

Kinija kuria rekordinį magnetą, bet ne be kainos

Kinijoje dabar yra galingiausias pasaulyje varžinis magnetas, sukūręs daugiau nei 800 000 kartų stipresnį magnetinį lauką nei Žemės.

Rugsėjo 22 d. magnetas palaikė pastovų 42,02 teslos magnetinį lauką pastovaus didelio magnetinio lauko įrenginyje (SHMFF) Kinijos mokslų akademijos Hefėjaus fizinių mokslų institute. Šis įvykis nežymiai viršija 41,4 teslos rekordą, 2017 m. pasiektą varžinio magneto JAV nacionalinėje didelio magnetinio lauko laboratorijoje (NHMFL) Talahasis mieste, Floridoje. Varžiniai magnetai susideda iš suvyniotų metalinių laidų ir naudojami magnetų sistemose visame pasaulyje.

Rekordininkas iš Kinijos padeda kurti patikimus magnetus, galinčius išlaikyti vis stipresnius magnetinius laukus. Tai leistų tyrėjams atrasti nuostabių naujų fizikos įžvalgų, sako Joachimas Wosnitza, Drezdeno aukštojo lauko laboratorijos Vokietijoje fizikas.

Atsparus magnetas, atviras tarptautiniams vartotojams, yra antras svarbus Kinijos indėlis į pasaulinį pastangą sukurti vis didesnius magnetinius laukus. 2022 m. SHMFF hibridinis magnetas, jungiantis varžinį magnetą su superlaidžiu, sukūrė 45,22 teslos lauką ir yra laikomas galingiausiu veikiančiu nuolatiniu magnetu pasaulyje.

Tyrimo įrankis

Didelio lauko magnetai yra naudingi įrankiai, norint atskleisti paslėptas pažangių medžiagų savybes, pvz Superlaidininkai – Medžiagos, kurios praleidžia elektrą labai žemoje temperatūroje neprarasdamos šilumos. Aukšti laukai taip pat suteikia galimybę atrasti visiškai naujus fizikinius reiškinius, sako Marc-Henri Julien, kietojo kūno fizikas iš Nacionalinės intensyvių magnetinių laukų laboratorijos Grenoblyje (Prancūzija). „Galite sukurti naujas materijos būsenas arba jais manipuliuoti“, – aiškina Julienas.

Aukšti laukai taip pat naudingi eksperimentams, pagrįstiems labai jautriais matavimais, nes jie padidina skiriamąją gebą ir padeda lengviau aptikti silpnus reiškinius, sako Kembridžo universiteto (JK) kietojo kūno fizikas Alexanderis Eatonas. „Kiekviena papildoma Tesla yra eksponentiškai geresnė nei ankstesnė“, – priduria jis.

Guangli Kuangas, fizikas, besispecializuojantis didelių magnetinių laukų SHMFF srityje, paaiškina, kad komanda daugelį metų keitė magnetą, kad pasiektų naujausią rekordą. „Nebuvo lengva tai padaryti“, – sako jis.

Patikimas, bet brangus

Varžiniai magnetai yra senesnė technologija, tačiau jie gali išlaikyti magnetinius laukus ilgesnį laiką nei jų naujesni hibridiniai ir visiškai superlaidūs analogai, aiškina Wosnitza. Jų magnetiniai laukai taip pat gali būti padidinami daug greičiau, todėl jie yra universalūs eksperimentiniai įrankiai. „Galite tiesiog pasukti jungiklį ir per kelias minutes pereiti nuo nulinės Tesla į aukštus laukus“, - sako jis.

Didelis varžinių magnetų trūkumas yra didelis energijos suvartojimas, todėl jie brangūs, sako Eatonas. Taigi SHMFF varžinis magnetas ištraukė 32,3 megavatų elektros, kad sukurtų rekordinį lauką. „Turite turėti labai rimtą mokslinę priežastį, kad pateisintumėte šį išteklį“, - aiškina Eatonas.

Šis iššūkis skatina kurti hibridinius ir visiškai superlaidžius magnetus, galinčius generuoti didelius laukus su mažiau energijos. 2019 m. NHMFL mokslininkai sukūrė miniatiūrinį, koncepcijos įrodymą superlaidų magnetą, kuris trumpam 45,5 teslos laukas prižiūrimi, o šiuo metu eksperimentams kuria didesnį 40 Tesla superlaidų magnetą. SHMFF komanda kuria hibridinį magnetą su 55 teslomis. Nors tikimasi, kad šie naujesni magnetai bus pigesni nei jų varžiniai pirmtakai, jie susiduria su savo iššūkiais: jų gamyba yra brangesnė ir reikalauja sudėtingų aušinimo sistemų, aiškina inžinierius Markas Birdas, vienas iš NHMFL magnetinių mokslų ir technologijų vadovų. „Technologija vis dar kuriama, o išlaidos dar nėra aiškios“, – sako Birdas.