China construiește un magnet record - dar nu fără un preț

China construiește un magnet record - dar nu fără un preț

China găzduiește acum cel mai puternic magnet rezistiv din lume, care a produs un câmp magnetic de peste 800.000 de ori mai puternic decât cel al Pământului.

Pe 22 septembrie, magnetul a menținut un câmp magnetic constant de 42,02 Tesla la Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) de la Institutele de Științe Fizice Hefei ale Academiei Chineze de Științe. Această piatră de hotar bate cu puțin recordul de 41,4 Tesla stabilit în 2017 de un magnet rezistiv la Laboratorul Național de Câmp Magnetic de Înaltă a SUA (NHMFL) din Tallahassee, Florida. Magneții rezistivi constau din fire metalice bobinate și sunt utilizați în sistemele magnetice din întreaga lume.

Deținătorul recordului din China pune bazele pentru construirea de magneți de încredere care pot menține câmpuri magnetice din ce în ce mai puternice. Acest lucru le-ar permite cercetătorilor să descopere noi perspective surprinzătoare de fizică, spune Joachim Wosnitza, fizician la Laboratorul Dresda High Field din Germania.

Magnetul rezistiv, deschis utilizatorilor internaționali, este a doua contribuție majoră a Chinei la impulsul global de a genera câmpuri magnetice din ce în ce mai mari. În 2022, magnetul hibrid al SHMFF, care combină un magnet rezistiv cu unul supraconductor, a produs un câmp de 45,22 Tesla și este considerat cel mai puternic magnet permanent de lucru din lume.

Instrument de cercetare

Magneții cu câmp înalt sunt instrumente utile pentru dezvăluirea proprietăților ascunse ale materialelor avansate, cum ar fi Supraconductori – Materiale care conduc electricitatea la temperaturi foarte scăzute fără a pierde căldură. Câmpurile înalte oferă, de asemenea, oportunitatea de a descoperi fenomene fizice complet noi, spune Marc-Henri Julien, fizician în stare solidă la Laboratorul Național pentru Câmpuri Magnetice Intense din Grenoble, Franța. „Puteți crea sau manipula noi stări ale materiei”, explică Julien.

Câmpurile înalte sunt, de asemenea, utile pentru experimente bazate pe măsurători foarte sensibile, deoarece cresc rezoluția și facilitează detectarea fenomenelor slabe, spune Alexander Eaton, fizician în stare solidă la Universitatea din Cambridge, Marea Britanie. „Fiecare Tesla suplimentară este exponențial mai bună decât ultima”, adaugă el.

Guangli Kuang, un fizician specializat în câmpuri magnetice înalte la SHMFF, explică că echipa a petrecut ani de zile modificând magnetul pentru a obține cel mai recent record. „Nu a fost ușor să se întâmple”, spune el.

Fiabil dar scump

Magneții rezistivi sunt o tehnologie mai veche, dar pot menține câmpurile magnetice pentru perioade mai lungi de timp decât omologii lor hibridi mai noi și complet supraconductori, explică Wosnitza. Câmpurile lor magnetice pot fi, de asemenea, crescute mult mai rapid, făcându-le instrumente experimentale versatile. „Puteți doar să rotiți un comutator și să treceți de la zero Tesla la câmpuri înalte în câteva minute”, spune el.

Marele dezavantaj al magneților rezistivi este consumul mare de energie, ceea ce îi face scumpi, spune Eaton. Așadar, magnetul rezistiv al SHMFF a atras 32,3 megawați de electricitate pentru a-și crea câmpul record. „Trebuie să ai un motiv științific foarte bun pentru a justifica această resursă”, explică Eaton.

Această provocare conduce cursa pentru dezvoltarea magneților hibrizi și complet supraconductori care pot genera câmpuri înalte cu mai puțină energie. În 2019, cercetătorii NHMFL au construit un magnet supraconductor miniaturizat, dovadă de concept, care pentru scurt timp Câmp de 45,5 Tesla întreținut și în prezent dezvoltă un magnet supraconductor mai mare de 40 Tesla pentru experimente. Echipa de la SHMFF construiește un magnet hibrid cu 55 Tesla. Deși se așteaptă ca acești magneți mai noi să fie mai puțin costisitori de operare decât predecesorii lor rezistivi, ei vin cu propriile provocări: sunt mai scumpi de fabricat și necesită sisteme de răcire complicate, explică inginerul Mark Bird, co-conducător al științei și tehnologiei magnetice la NHMFL. „Tehnologia este încă în curs de dezvoltare, iar costurile nu sunt încă clare”, spune Bird.