Kitajska gradi magnet, ki podira rekorde – vendar ne brez cene

Kitajska gradi magnet, ki podira rekorde – vendar ne brez cene

Kitajska je zdaj dom najmočnejšega uporovnega magneta na svetu, ki je ustvaril več kot 800.000-krat močnejše magnetno polje od Zemljinega.

22. septembra je magnet vzdrževal konstantno magnetno polje 42,02 tesla v objektu za enakomerno visoko magnetno polje (SHMFF) na Inštitutu za fizikalne znanosti Hefei Kitajske akademije znanosti. Ta mejnik je za las presegel rekord 41,4 Tesle, ki ga je leta 2017 postavil uporovni magnet v ameriškem Nacionalnem laboratoriju za visoko magnetno polje (NHMFL) v Tallahasseeju na Floridi. Uporovni magneti so sestavljeni iz navitih kovinskih žic in se uporabljajo v magnetnih sistemih po vsem svetu.

Rekorder iz Kitajske postavlja temelje za izdelavo zanesljivih magnetov, ki lahko vzdržujejo vedno močnejša magnetna polja. To bi raziskovalcem omogočilo pridobitev presenetljivih novih fizičnih spoznanj, pravi Joachim Wosnitza, fizik iz Dresden High Field Laboratory v Nemčiji.

Uporovni magnet, odprt za mednarodne uporabnike, je drugi večji prispevek Kitajske k globalnemu prizadevanju za ustvarjanje vedno višjih magnetnih polj. Leta 2022 je hibridni magnet SHMFF, ki združuje uporovni magnet s superprevodnim, proizvedel polje 45,22 tesla in velja za najmočnejši delujoči trajni magnet na svetu.

Raziskovalno orodje

Magneti z visokim poljem so uporabna orodja za odkrivanje skritih lastnosti naprednih materialov, kot je npr Superprevodniki – Materiali, ki prevajajo elektriko pri zelo nizkih temperaturah brez izgube toplote. Visoka polja ponujajo tudi priložnost za odkrivanje popolnoma novih fizikalnih pojavov, pravi Marc-Henri Julien, fizik trdne snovi v Nacionalnem laboratoriju za intenzivna magnetna polja v Grenoblu v Franciji. "Lahko ustvarite ali manipulirate z novimi stanji snovi," pojasnjuje Julien.

Visoka polja so uporabna tudi za eksperimente, ki temeljijo na zelo občutljivih meritvah, ker povečajo ločljivost in olajšajo zaznavanje šibkih pojavov, pravi Alexander Eaton, fizik trdne snovi na Univerzi v Cambridgeu v Veliki Britaniji. "Vsaka dodatna Tesla je eksponentno boljša od prejšnje," dodaja.

Guangli Kuang, fizik, ki je specializiran za visoka magnetna polja na SHMFF, pojasnjuje, da je ekipa porabila leta za spreminjanje magneta, da bi dosegla najnovejši rekord. "Ni ga bilo lahko uresničiti," pravi.

Zanesljivo, a drago

Uporovni magneti so starejša tehnologija, vendar lahko vzdržujejo magnetna polja dlje časa kot njihovi novejši hibridni in popolnoma superprevodni primerki, pojasnjuje Wosnitza. Njihova magnetna polja je mogoče povečati tudi veliko hitreje, zaradi česar so vsestransko eksperimentalno orodje. "Lahko preprosto obrnete stikalo in v nekaj minutah preidete iz nič tesla na visoka polja," pravi.

Velika pomanjkljivost uporovnih magnetov je velika poraba energije, zaradi česar so dragi, pravi Eaton. Tako je uporovni magnet SHMFF črpal 32,3 megavata električne energije, da je ustvaril svoje rekordno polje. »Za utemeljitev tega vira morate imeti zelo dober znanstveni razlog,« pojasnjuje Eaton.

Ta izziv spodbuja tekmo za razvoj hibridnih in popolnoma superprevodnih magnetov, ki lahko ustvarjajo močna polja z manj energije. Leta 2019 so raziskovalci NHMFL izdelali miniaturiziran superprevodni magnet s dokazom koncepta, ki je za kratek čas Polje 45,5 tesla vzdrževani in trenutno razvijajo večji superprevodni magnet 40 Tesla za eksperimente. Ekipa pri SHMFF gradi hibridni magnet s 55 teslami. Čeprav se pričakuje, da bodo ti novejši magneti cenejši za delovanje kot njihovi uporovni predhodniki, prihajajo s svojimi izzivi: njihova proizvodnja je dražja in zahtevajo zapletene hladilne sisteme, pojasnjuje inženir Mark Bird, sovodja magnetne znanosti in tehnologije pri NHMFL. "Tehnologija se še razvija in stroški še niso jasni," pravi Bird.