Čína buduje rekordný magnet – ale nie bez ceny

Čína buduje rekordný magnet – ale nie bez ceny

Čína je teraz domovom najvýkonnejšieho odporového magnetu na svete, ktorý vytvoril magnetické pole viac ako 800 000-krát silnejšie ako Zem.

22. septembra magnet udržiaval konštantné magnetické pole 42,02 Tesla v zariadení SHMFF (Stále vysoké magnetické pole) v Hefei Institute of Physical Sciences Čínskej akadémie vied. Tento míľnik tesne prekonáva rekord 41,4 Tesla stanovený v roku 2017 odporovým magnetom v americkom Národnom laboratóriu vysokého magnetického poľa (NHMFL) v Tallahassee na Floride. Odporové magnety pozostávajú z navinutých kovových drôtov a používajú sa v magnetických systémoch po celom svete.

Rekordman z Číny kladie základ pre vybudovanie spoľahlivých magnetov, ktoré dokážu udržať stále silnejšie magnetické polia. To by umožnilo výskumníkom získať prekvapivé nové fyzikálne poznatky, hovorí Joachim Wosnitza, fyzik z drážďanského High Field Laboratory v Nemecku.

Odporový magnet, otvorený pre medzinárodných používateľov, je druhým hlavným príspevkom Číny ku globálnemu tlaku na vytváranie stále vyšších magnetických polí. V roku 2022 hybridný magnet SHMFF, ktorý kombinuje odporový magnet so supravodivým magnetom, vytvoril pole 45,22 Tesla a je považovaný za najsilnejší fungujúci permanentný magnet na svete.

Výskumný nástroj

Magnety s vysokým poľom sú užitočnými nástrojmi na odhaľovanie skrytých vlastností pokročilých materiálov ako napr Supravodiče – Materiály, ktoré vedú elektrický prúd pri veľmi nízkych teplotách bez straty tepla. Vysoké polia tiež ponúkajú príležitosť objaviť úplne nové fyzikálne javy, hovorí Marc-Henri Julien, fyzik pevných látok v Národnom laboratóriu pre intenzívne magnetické polia v Grenobli vo Francúzsku. „Môžete vytvárať alebo manipulovať s novými stavmi hmoty,“ vysvetľuje Julien.

Vysoké polia sú tiež užitočné pre experimenty založené na veľmi citlivých meraniach, pretože zvyšujú rozlíšenie a uľahčujú detekciu slabých javov, hovorí Alexander Eaton, fyzik pevných látok z University of Cambridge vo Veľkej Británii. „Každá ďalšia Tesla je exponenciálne lepšia ako predchádzajúca,“ dodáva.

Guangli Kuang, fyzik, ktorý sa na SHMFF špecializuje na vysoké magnetické polia, vysvetľuje, že tím strávil roky upravovaním magnetu, aby dosiahol najnovší rekord. „Nebolo ľahké to zrealizovať,“ hovorí.

Spoľahlivý, ale drahý

Odporové magnety sú staršou technológiou, ale dokážu udržiavať magnetické polia dlhší čas ako ich novšie hybridné a plne supravodivé náprotivky, vysvetľuje Wosnitza. Ich magnetické polia sa môžu tiež zvýšiť oveľa rýchlejšie, čo z nich robí všestranné experimentálne nástroje. "Môžete jednoducho otočiť spínač a prejsť z nulovej Tesly na vysoké polia za pár minút," hovorí.

Veľkou nevýhodou odporových magnetov je vysoká spotreba energie, ktorá ich robí drahými, hovorí Eaton. Takže odporový magnet SHMFF odobral 32,3 megawattov elektriny, aby vytvoril svoje rekordné pole. „Na zdôvodnenie tohto zdroja musíte mať veľmi dobrý vedecký dôvod,“ vysvetľuje Eaton.

Táto výzva vedie k pretekom vo vývoji hybridných a plne supravodivých magnetov, ktoré dokážu generovať vysoké polia s menšou energiou. V roku 2019 výskumníci z NHMFL zostrojili miniaturizovaný supravodivý magnet, ktorý na krátko Pole 45,5 Tesla udržiavané a v súčasnosti vyvíjajú väčší 40 Tesla supravodivý magnet pre experimenty. Tím v SHMFF buduje hybridný magnet s 55 Tesla. Hoci sa očakáva, že prevádzka týchto novších magnetov bude lacnejšia ako ich odporových predchodcov, prichádzajú so svojimi vlastnými výzvami: Sú drahšie na výrobu a vyžadujú komplikované chladiace systémy, vysvetľuje inžinier Mark Bird, spoluvedúci magnetickej vedy a technológie v NHMFL. „Technológia sa stále vyvíja a náklady ešte nie sú jasné,“ hovorí Bird.