Kina bygger en rekordstor magnet – men inte utan ett pris

Kina bygger en rekordstor magnet – men inte utan ett pris

Kina är nu hem för världens mest kraftfulla resistiva magnet, som producerade ett magnetfält som är mer än 800 000 gånger starkare än jordens.

Den 22 september upprätthöll magneten ett konstant magnetfält på 42,02 Tesla vid Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) vid Hefei Institutes of Physical Sciences vid den kinesiska vetenskapsakademin. Denna milstolpe slår knappt rekordet på 41,4 Tesla som sattes 2017 av en resistiv magnet vid US National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) i Tallahassee, Florida. Resistiva magneter består av lindade metalltrådar och används i magnetsystem över hela världen.

Rekordhållaren från Kina lägger grunden för att bygga pålitliga magneter som kan upprätthålla allt starkare magnetfält. Detta skulle göra det möjligt för forskare att få överraskande nya fysiska insikter, säger Joachim Wosnitza, fysiker vid Dresden High Field Laboratory i Tyskland.

Den resistiva magneten, öppen för internationella användare, är Kinas andra stora bidrag till den globala strävan att generera allt högre magnetfält. År 2022 producerade SHMFF:s hybridmagnet, som kombinerar en resistiv magnet med en supraledande, ett fält på 45,22 Tesla och anses vara den mest kraftfulla fungerande permanentmagneten i världen.

Forskningsverktyg

Högfältsmagneter är användbara verktyg för att avslöja dolda egenskaper hos avancerade material som t.ex Supraledare – Material som leder elektricitet vid mycket låga temperaturer utan att förlora värme. Höga fält erbjuder också möjligheten att upptäcka helt nya fysiska fenomen, säger Marc-Henri Julien, en fast tillståndsfysiker vid National Laboratory for Intense Magnetic Fields i Grenoble, Frankrike. "Du kan skapa eller manipulera nya materiatillstånd", förklarar Julien.

Höga fält är också användbara för experiment baserade på mycket känsliga mätningar eftersom de ökar upplösningen och gör det lättare att upptäcka svaga fenomen, säger Alexander Eaton, en solid state-fysiker vid University of Cambridge, Storbritannien. "Varje ytterligare Tesla är exponentiellt bättre än den förra," tillägger han.

Guangli Kuang, en fysiker som specialiserat sig på höga magnetiska fält vid SHMFF, förklarar att teamet ägnat år åt att modifiera magneten för att uppnå det senaste rekordet. "Det var inte lätt att få det att hända", säger han.

Pålitlig men dyr

Resistiva magneter är en äldre teknik, men kan bibehålla magnetfält under längre tidsperioder än deras nyare hybrid och helt supraledande motsvarigheter, förklarar Wosnitza. Deras magnetfält kan också ökas mycket snabbare, vilket gör dem till mångsidiga experimentella verktyg. "Du kan bara vrida en strömbrytare och gå från noll Tesla till höga fält på några minuter", säger han.

Den stora nackdelen med resistiva magneter är den höga strömförbrukningen, vilket gör dem dyra, säger Eaton. Så SHMFF:s resistiva magnet drog 32,3 megawatt elektricitet för att skapa sitt rekordstora fält. "Du måste ha ett mycket bra vetenskapligt skäl för att motivera den här resursen", förklarar Eaton.

Denna utmaning driver kapplöpningen för att utveckla hybrid- och helt supraledande magneter som kan generera höga fält med mindre energi. Under 2019 byggde NHMFL-forskare en miniatyriserad, proof-of-concept supraledande magnet som kortvarigt Fält på 45,5 Tesla underhålls och utvecklar för närvarande en större supraledande magnet på 40 Tesla för experiment. Teamet på SHMFF bygger en hybridmagnet med 55 Tesla. Även om dessa nyare magneter förväntas vara billigare att använda än deras resistiva föregångare, kommer de med sina egna utmaningar: De är dyrare att tillverka och kräver komplicerade kylsystem, förklarar ingenjör Mark Bird, medledare för magnetisk vetenskap och teknologi vid NHMFL. "Tekniken utvecklas fortfarande och kostnaderna är inte klara ännu", säger Bird.