Kina bygger en rekordstor magnet – men ikke uten pris

Kina bygger en rekordstor magnet – men ikke uten pris

Kina er nå hjemmet til verdens kraftigste resistive magnet, som produserte et magnetfelt som er mer enn 800 000 ganger sterkere enn jordens.

Den 22. september opprettholdt magneten et konstant magnetfelt på 42,02 Tesla ved Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) ved Hefei Institutes of Physical Sciences ved det kinesiske vitenskapsakademiet. Denne milepælen slår knapt rekorden på 41,4 Tesla satt i 2017 av en resistiv magnet ved US National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) i Tallahassee, Florida. Resistive magneter består av viklede metalltråder og brukes i magnetsystemer over hele verden.

Rekordholderen fra Kina legger grunnlaget for å bygge pålitelige magneter som kan opprettholde stadig sterkere magnetfelt. Dette vil tillate forskere å oppdage overraskende ny fysikkinnsikt, sier Joachim Wosnitza, fysiker ved Dresden High Field Laboratory i Tyskland.

Den resistive magneten, åpen for internasjonale brukere, er Kinas andre store bidrag til det globale presset for å generere stadig høyere magnetiske felt. I 2022 produserte SHMFFs hybridmagnet, som kombinerer en resistiv magnet med en superledende, et felt på 45,22 Tesla og regnes som den kraftigste fungerende permanentmagneten i verden.

Forskningsverktøy

Høyfeltsmagneter er nyttige verktøy for å avsløre skjulte egenskaper til avanserte materialer som f.eks Superledere – Materialer som leder strøm ved svært lave temperaturer uten å miste varme. Høye felt gir også muligheten til å oppdage helt nye fysiske fenomener, sier Marc-Henri Julien, en faststoff-fysiker ved National Laboratory for Intense Magnetic Fields i Grenoble, Frankrike. "Du kan skape eller manipulere nye tilstander av materie," forklarer Julien.

Høye felt er også nyttige for eksperimenter basert på svært sensitive målinger fordi de øker oppløsningen og gjør det lettere å oppdage svake fenomener, sier Alexander Eaton, faststoff-fysiker ved University of Cambridge, Storbritannia. "Hver ekstra Tesla er eksponentielt bedre enn den forrige," legger han til.

Guangli Kuang, en fysiker som spesialiserer seg på høye magnetiske felt ved SHMFF, forklarer at teamet brukte år på å modifisere magneten for å oppnå den siste rekorden. Det var ikke lett å få det til, sier han.

Pålitelig, men dyrt

Resistive magneter er en eldre teknologi, men kan opprettholde magnetiske felt i lengre perioder enn deres nyere hybride og fullt superledende motstykker, forklarer Wosnitza. Deres magnetiske felt kan også økes mye raskere, noe som gjør dem til allsidige eksperimentelle verktøy. "Du kan bare vri en bryter og gå fra null Tesla til høye felt på minutter," sier han.

Den store ulempen med resistive magneter er det høye strømforbruket, som gjør dem dyre, sier Eaton. Så SHMFFs resistive magnet trakk 32,3 megawatt elektrisitet for å skape sitt rekordstore felt. "Du må ha en veldig god vitenskapelig grunn for å rettferdiggjøre denne ressursen," forklarer Eaton.

Denne utfordringen driver kappløpet om å utvikle hybride og fullt superledende magneter som kan generere høye felt med mindre energi. I 2019 bygde NHMFL-forskere en miniatyrisert, proof-of-concept superledende magnet som kort Felt på 45,5 Tesla vedlikeholdt, og utvikler for tiden en større 40 Tesla superledende magnet for eksperimenter. Teamet på SHMFF bygger en hybridmagnet med 55 Tesla. Selv om disse nyere magnetene forventes å være rimeligere i drift enn deres resistive forgjengere, kommer de med sine egne utfordringer: De er dyrere å produsere og krever kompliserte kjølesystemer, forklarer ingeniør Mark Bird, medleder for magnetisk vitenskap og teknologi ved NHMFL. "Teknologien er fortsatt under utvikling, og kostnadene er ennå ikke klare," sier Bird.