Kina bygger en rekordstor magnet-men ikke uten pris

Kina bygger en rekordstor magnet-men ikke uten pris

Kina er nå hjemsted for verdens kraftigste resistive magnet, som produserte et magnetfelt mer enn 800 000 ganger sterkere enn jordens.

22. september opprettholdt magneten et konstant magnetfelt på 42.02 Tesla ved Stady High Magnetic Field Facility (SHMFF) ved Hefei Institutes of Physical Sciences of the Chinese Academy of Sciences. Denne milepælen slår smalt rekorden med 41,4 Tesla -settet i 2017 av en resistiv magnet ved US National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) i Tallahassee, Florida. Resistive magneter består av sårmetallledninger og brukes i magnetsystemer over hele verden.

Rekordholderen fra Kina legger grunnlaget for å bygge pålitelige magneter som kan opprettholde stadig sterkere magnetfelt. Dette vil tillate forskere å få overraskende ny fysisk innsikt, sier Joachim Wosnitza, fysiker ved Dresden High Field Laboratory i Tyskland.

Den resistive magneten, åpen for internasjonale brukere, er Kinas andre store bidrag til det globale presset for å generere stadig høyere magnetfelt. I 2022 produserte SHMFFs hybridmagnet, som kombinerer en resistiv magnet med en superledende, et felt på 45,22 Tesla og regnes som den mektigste arbeidende permanente magneten i verden.

Forskningsverktøy

Høye feltmagneter er nyttige verktøy for å avsløre skjulte egenskaper til avanserte materialer som for eksempel Superledere - Materialer som utfører strøm ved veldig lave temperaturer uten å miste varmen. High Fields tilbyr også muligheten til å oppdage helt nye fysiske fenomener, sier Marc-Henri Julien, en solid-stat-fysiker ved National Laboratory for intense magnetfelt i Grenoble, Frankrike. "Du kan opprette eller manipulere nye tilstander av materie," forklarer Julien.

Høye felt er også nyttige for eksperimenter basert på veldig sensitive målinger fordi de øker oppløsningen og gjør det lettere å oppdage svake fenomener, sier Alexander Eaton, en solid-statlig fysiker ved University of Cambridge, Storbritannia. "Hver ekstra Tesla er eksponentielt bedre enn sist," legger han til.

Guangli Kuang, en fysiker som spesialiserer seg på høye magnetfelt på SHMFF, forklarer at teamet brukte år på å endre magneten for å oppnå den siste rekorden. "Det var ikke lett å få det til å skje," sier han.

Pålitelig, men dyrt

Resistive magneter er en eldre teknologi, men kan opprettholde magnetiske felt i lengre perioder enn deres nyere hybrid og fullt superledende kolleger, forklarer Wosnitza. Magnetfeltene deres kan også økes mye raskere, noe som gjør dem til allsidige eksperimentelle verktøy. "Du kan bare snu en bryter og gå fra null Tesla til høye felt på få minutter," sier han.

Den store ulempen med resistive magneter er det høye strømforbruket, noe som gjør dem dyre, sier Eaton. Så SHMFFs resistive magnet trakk 32,3 megawatt strøm for å lage sitt rekordstore felt. "Du må ha en veldig god vitenskapelig grunn til å rettferdiggjøre denne ressursen," forklarer Eaton.

Denne utfordringen driver løpet for å utvikle hybrid og fullt superledende magneter som kan generere høye felt med mindre energi. I 2019 bygde NHMFL-forskere en miniatyrisert, proof-of-concept superledende magnet som kort Felt på 45,5 Tesla vedlikeholdt, og utvikler for tiden en større 40 Tesla superledende magnet for eksperimenter. Teamet på SHMFF bygger en hybridmagnet med 55 Tesla. Selv om disse nyere magnetene forventes å være rimeligere å betjene enn sine resistive forgjengere, kommer de med sine egne utfordringer: de er dyrere å produsere og kreve kompliserte kjølesystemer, forklarer ingeniøren Mark Bird, co-lead of Magnetic Science and Technology på NHMFL. "Teknologien utvikles fortsatt, og kostnadene er ennå ikke klare," sier Bird.