Миниатюрный магнит впервые конкурирует по силе с магнитными гигантами

Магнит, достаточно маленький, чтобы поместиться на ладони, впервые может сравниться по силе с некоторыми из самых мощных магнитов в мире.

Сильные магниты играют многие роли в науке и технологияхс использованием во всем, от МРТ до ускорители частиц к попыткам ядерного синтеза. Самые мощные из них изготовлены из сверхпроводникиматериалы, проводящие электричество с почти идеальная эффективность.

Но сверхпроводящие магниты, создающие сильные магнитные поля, часто бывают громоздкими: меньшие обычно имеют тот же размер, что и обычные. Звездные войны робот R2D2, при этом самые крупные из них сравнимы с двухэтажным домом, говорит Александр Барнс в ETH Zurich в Швейцарии.

Он и его коллеги теперь создали сверхпроводящий магнит, который может конкурировать с другими большие магниты по прочности, но имеет диаметр всего 3,1 миллиметра. Они сделали это, намотав тонкую ленту из керамического материала под названием REBCO. сверхпроводники при охлаждении до чрезвычайно низких температур. Эти катушки создают магнитные поля, когда через них проходит электрический ток.

По словам Барнса, команда купила ленту REBCO у коммерческой компании, а затем приступила к поиску лучшей конструкции магнитов, в ходе которой было изготовлено и протестировано более 150 штук. «Наша стратегия заключалась в разработке и внедрении подхода «часто терпи неудачу и терпи неудачу быстро».

В конечном итоге они остановились на конструкции, которая включает в себя две или четыре катушки REBCO в форме блина, которые могут создавать магнитные поля силой 38 Тесла и 42 Тесла соответственно. Для сравнения, магнит на холодильник обычно имеет напряженность магнитного поля менее 0,01 Тесла. Два магнита, которые в настоящее время производят самые сильные в мире постоянные магнитные поля, достигают силы около 45 Тесла, весят много тонн и требуют до 30 мегаватт мощности. Магнит Барнса и его команды меньше вашей руки и требует менее 1 Вт мощности.

Барнс говорит, что их конечная цель — использовать этот магнит для ядерного магнитного резонанса (ЯМР), экспериментального метода, который использует магнитные поля для раскрыть структуру молекул такие как лекарства и катализаторы для промышленных процессов. По его мнению, этот мощный метод загнан в тупик из-за больших и дорогих магнитов, но исследователи надеются сделать его доступным для большего числа химиков. По словам Барнса, команда уже начала тестирование магнита в установке ЯМР.

«Для создания магнитных полей выше 40 Тесла традиционно требуется очень большое и дорогое оборудование, поэтому достижение аналогичной напряженности поля в таком компактном устройстве с использованием сверхпроводящих лент имеет важное значение», — говорит он. Марк Эйнсли в Королевском колледже Лондона. «Это предполагает, что магниты с чрезвычайно сильным полем могут стать более доступными для более широкого круга лабораторий в ближайшем будущем».

Но прежде чем магнит сможет получить широкое применение, остаются вопросы – например, насколько однородным можно сделать магнитное поле и как можно управлять и контролировать электромагнитное поведение этих катушек, говорит он.