При помощи маленькой катушки создано рекордно мощное магнитное поле
Необычный магнит размером со втулку от туалетной бумаги заполучил титул самого сильного источника магнитного поля в мире. Удивительно, что на протяжении двух десятилетий это звание удерживал металлический гигант.
Инженеры Национальной лаборатории сильных магнитных полей в США (MagLab) сконструировали очень мощный магнит. При этом он практически незаметен: источник сильнейшего магнитного поля упакован в катушку, которая поместится даже в небольшой сумочке.
Сотрудники лаборатории нашли способ создавать и использовать электромагниты, которые сильнее, меньше и универсальнее тех, что были сконструированы когда-либо прежде.
"Мы буквально открываем дверь в новый мир. Из-за своей компактности эта технология способна полностью изменить наши представления об области применения сильных магнитных полей", – объясняет автор уникальной разработки Сынгён Хан (Seungyong Hahn) в пресс-релизе университета.
Новый магнит производит магнитное поле с индукцией в рекордных 45,5 Тесла. Для сравнения, стандартный магнит аппарата магнитно-резонансной томографии (МРТ) создаёт поле в 2-3 Тесла. Кстати, прежний мировой рекордсмен, также созданный в Национальной лаборатории сильных магнитных полей США, был 35-тонным гигантом, генерирующим магнитное поле в 45 Тесла.
В процессе испытаний компактное чудо весом 390 граммов быстро продемонстрировало своё превосходство над предшественником.
Но как же может нечто столь маленького размера генерировать такое мощное магнитное поле? Всё благодаря новаторской конструкции и использованию нового многообещающего проводника, сообщают разработчики.
При создании магнита учёные использовали сверхпроводящий материал. Но не обычный, а специально созданный. Этот особый сплав на основе оксида бария, меди и редкоземельных элементов специалисты коротко именуют REBCO.
Он может выдерживать в два раза большую силу тока по сравнению с обычным сверхпроводником на основе ниобия (а сила протекающего тока определяет и силу магнитного поля). Важным нововведением стало также использование очень тонких (не толще листа бумаги) проводов в виде лент.
Другим ключевым моментом в создании маленького рекордсмена является отсутствие изоляции. Обычные современные электромагниты содержат изолирующий элемент между проводящими слоями, чтобы направлять ток по наиболее эффективному пути. Однако это добавляет вес и объём конструкции.
Отсутствие изоляции не только позволило получить более компактный и изящный прибор, но и помогло избежать возможных отказов конструкции. Они случаются при повреждениях или несовершенствах проводника.
В этом случае течение тока по оптимальному пути прерывается, материал начинает нагреваться и терять свои сверхпроводящие свойства. Но если изоляции в конструкции нет в принципе, то ток сможет протекать в обход проблемного участка, предотвращая развитие отказов.
Чтобы оценить важность представленной разработки, достаточно упомянуть, что сильные магнитные поля находят применение в самых разных областях: медицине (МРТ), фармакологии (ядерный магнитный резонанс), ускорении частиц (как в Большом адронном коллайдере), термоядерных реакторах, а также других специфических областях науки и промышленности.
Инженеры уже запланировали дальнейшие исследования. Они будут искать способы выявления и устранения возможных проблем. Учёные также изучают потенциальные применения своей удивительной разработки с использованием сверхпроводящих магнитов будущего, над созданием которых они активно трудятся.
По словам разработчиков, основная фундаментальная проблема материала REBCO в том, что такой тонкий проводник неизбежно будет иметь дефекты. Но их влияние на магниты будущего пока не изучены. Тем не менее, даже несмотря на все сложности, с которыми ещё предстоит справиться, учёные весьма воодушевлены своим достижением.
Научная статья, посвящённая изобретению американских исследователей и инженеров, опубликована в издании Nature.
Напомним, что авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о важном рекорде в сфере сверхпроводимости и о том, как физики научились управлять магнитными свойствами благородного металла. Предлагаем также почитать о первом двумерном магните.