Миниатюрный магнит впервые по силе соперничает с магнитными гигантами.

Сильные магниты обычно большие и потребляют много энергии, но благодаря новой конструкции появился мощный магнит, который помещается на ладони, что делает его более практичным и доступным.

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

Мощные магниты играют множество ролей в науке и технике, находя применение во всем, от МРТ-сканирования и ускорителей частиц до разработок в области термоядерного синтеза. Самые мощные из них изготавливаются из сверхпроводников — материалов, проводящих электричество с почти идеальной эффективностью.

Реклама

Однако сверхпроводящие магниты, создающие сильные магнитные поля, часто бывают громоздкими: меньшие по размеру обычно сопоставимы с роботом R2D2 из «Звездных войн», а самые большие — с двухэтажным зданием, говорит Александр Барнс из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе.

Он и его коллеги создали сверхпроводящий магнит, который по силе не уступает большим магнитам, но имеет диаметр всего 3,1 миллиметра. Они изготовили его, скручивая тонкую ленту из керамического материала REBCO, который становится сверхпроводящим при охлаждении до чрезвычайно низких температур. Эти катушки создают магнитные поля при пропускании через них электрического тока.

Команда приобрела ленту REBCO у коммерческой компании, а затем приступила к поиску оптимальной конструкции магнита, что включало изготовление и тестирование более 150 таких магнитов, говорит Барнс. «Наша стратегия заключалась в разработке и внедрении подхода «часто ошибаться и быстро ошибаться»».

В итоге они остановились на конструкции, включающей две или четыре катушки из REBCO в форме блинов, способные создавать магнитные поля силой 38 и 42 Тесла соответственно. Для сравнения, магнит на холодильнике обычно имеет напряженность магнитного поля менее 0,01 Тесла. Два магнита, которые в настоящее время создают самые сильные в мире стационарные магнитные поля, достигают около 45 Тесла, весят много тонн и потребляют до 30 мегаватт энергии. Магнит Барнса и его команды меньше вашей ладони и потребляет менее 1 ватта энергии.

Барнс говорит, что их конечная цель — использовать этот магнит для ядерного магнитного резонанса (ЯМР), экспериментального метода, который использует магнитные поля для определения структуры молекул, таких как лекарства и катализаторы для промышленных процессов. По его мнению, этому мощному методу препятствуют большие размеры и высокая стоимость магнитов, но исследователи надеются сделать его доступным для большего числа химиков. По словам Барнса, команда уже начала тестировать магнит в установке ЯМР.

«Для создания магнитных полей напряженностью более 40 Тесла традиционно требуются очень большие и дорогостоящие установки, поэтому достижение аналогичной напряженности поля в таком компактном устройстве с использованием сверхпроводящих лент имеет большое значение», — говорит Марк Эйнсли из Королевского колледжа Лондона. «Это говорит о том, что магниты с чрезвычайно сильным магнитным полем могут стать более доступными для более широкого круга лабораторий в ближайшем будущем».

Однако, прежде чем магнит получит широкое распространение, остаются вопросы – например, насколько однородным можно сделать магнитное поле и как можно управлять и контролировать электромагнитное поведение этих катушек, говорит он.

Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.adz5826

Источник: www.newscientist.com