Ķīna būvē rekordlielu magnētu, taču ne bez cenas

Ķīna būvē rekordlielu magnētu, taču ne bez cenas

Ķīna tagad ir mājvieta pasaulē jaudīgākajam pretestības magnētam, kas radīja magnētisko lauku, kas ir vairāk nekā 800 000 reižu spēcīgāks nekā Zemes.

22. septembrī magnēts uzturēja pastāvīgu magnētisko lauku 42,02 teslas Ķīnas Zinātņu akadēmijas Hefei Fizikālo zinātņu institūtā Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF). Šis pagrieziena punkts pārspēj rekordu — 41,4 Tesla, ko 2017. gadā uzstādīja pretestības magnēts ASV Nacionālajā augsta magnētiskā lauka laboratorijā (NHMFL) Talahasī, Floridā. Rezistīvie magnēti sastāv no metāla stieplēm un tiek izmantoti magnētu sistēmās visā pasaulē.

Rekordists no Ķīnas liek pamatus uzticamu magnētu veidošanai, kas spēj uzturēt arvien spēcīgākus magnētiskos laukus. Tas ļautu pētniekiem gūt pārsteidzošas jaunas fiziskas atziņas, saka Joahims Vosnica, fiziķis Drēzdenes Augstā lauka laboratorijā Vācijā.

Pretestības magnēts, kas pieejams starptautiskiem lietotājiem, ir Ķīnas otrais lielākais ieguldījums globālajā centienā radīt arvien lielākus magnētiskos laukus. 2022. gadā SHMFF hibrīdmagnēts, kas apvieno pretestības magnētu ar supravadošu magnētu, radīja 45,22 Teslas lielu lauku un tiek uzskatīts par jaudīgāko darbojošos pastāvīgo magnētu pasaulē.

Pētījuma rīks

Augsta lauka magnēti ir noderīgi rīki, lai atklātu progresīvu materiālu, piemēram, slēptās īpašības Supravadītāji – Materiāli, kas vada elektrību ļoti zemā temperatūrā, nezaudējot siltumu. Augsti lauki piedāvā arī iespēju atklāt pilnīgi jaunas fiziskas parādības, saka Marc-Henri Julien, cietvielu fiziķis Nacionālajā intensīvo magnētisko lauku laboratorijā Grenoblē, Francijā. "Jūs varat izveidot jaunus matērijas stāvokļus vai manipulēt ar tiem," skaidro Džūljens.

Augsti lauki ir noderīgi arī eksperimentos, kuru pamatā ir ļoti jutīgi mērījumi, jo tie palielina izšķirtspēju un atvieglo vāju parādību noteikšanu, saka Aleksandrs Ītons, cietvielu fiziķis Kembridžas Universitātē, Apvienotajā Karalistē. "Katra papildu Tesla ir eksponenciāli labāka par iepriekšējo," viņš piebilst.

Guangli Kuangs, fiziķis, kurš specializējas SHMFF augstos magnētiskajos laukos, skaidro, ka komanda gadiem ilgi mainīja magnētu, lai sasniegtu jaunāko rekordu. "Tas nebija viegli to īstenot," viņš saka.

Uzticams, bet dārgs

Rezistīvie magnēti ir vecāka tehnoloģija, taču tie var uzturēt magnētiskos laukus ilgāku laiku nekā to jaunākie hibrīdie un pilnībā supravadošie kolēģi, skaidro Wosnitza. To magnētiskos laukus var arī palielināt daudz ātrāk, padarot tos par daudzpusīgiem eksperimentāliem instrumentiem. "Jūs varat vienkārši pagriezt slēdzi un dažu minūšu laikā pāriet no nulles Tesla uz augstu laukumu," viņš saka.

Lielais pretestības magnētu trūkums ir lielais enerģijas patēriņš, kas padara tos dārgus, saka Ītons. Tātad SHMFF pretestības magnēts patērēja 32,3 megavatus elektroenerģijas, lai izveidotu savu rekordlielo lauku. "Lai attaisnotu šo resursu, jums ir jābūt ļoti zinātniskam pamatojumam," skaidro Ītons.

Šis izaicinājums virza sacensības, lai izstrādātu hibrīdus un pilnībā supravadošus magnētus, kas var radīt lielus laukus ar mazāku enerģiju. 2019. gadā NHMFL pētnieki uzbūvēja miniaturizētu, koncepcijas pierādījumu, supravadošu magnētu, kas īsi Lauks 45,5 Tesla uzturēts, un pašlaik eksperimentiem tiek izstrādāts lielāks 40 Tesla supravadošs magnēts. SHMFF komanda veido hibrīda magnētu ar 55 Teslām. Lai gan paredzams, ka šie jaunākie magnēti būs lētāki ekspluatācijā nekā to pretestības priekšgājēji, tiem ir savi izaicinājumi: to ražošana ir dārgāka, un tām ir nepieciešamas sarežģītas dzesēšanas sistēmas, skaidro inženieris Marks Birds, NHMFL magnētiskās zinātnes un tehnoloģiju līdzvadītājs. "Tehnoloģija joprojām tiek izstrādāta, un izmaksas vēl nav skaidras," saka Birds.