Rekord für das stärkste stabile Magnetfeld „gebrochen“ • The Register

Chinesische Wissenschaftler behaupten, den Rekord für die Erzeugung des stärksten stabilen Magnetfelds gebrochen zu haben, eines, das mindestens eine Million Mal stärker ist als das des Planeten Erde, und zwar mithilfe eines supraleitenden Systems.

Es wurde beschrieben, dass der Hybridmagnet aus einem Widerstandseinsatz in Spulen aus supraleitendem Material besteht. Das Magnetfeld ist im kreisförmigen Spalt oder der Bohrung des Magneten, der wie das Loch eines Donuts geformt ist, am stärksten und misst 45,22 Tesla (T). Damit ist es etwas stärker als der 45-T-Hybridmagnet, der vom US National High Magnetic gemeldet wurde Feldlabor (MagLab) im Jahr 1999.

Die Entwickler des Geräts am Hefei Institutes of Physical Science, einer Forschungseinrichtung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagten, der Fortschritt sei auf die Materialien des Magneten zurückzuführen.

„Um ein höheres Magnetfeld zu erreichen, haben wir die Struktur des Magneten erneuert und neue Materialien entwickelt“, sagte Guangli Kuang, Professor und akademischer Leiter des High Magnetic Field Laboratory an der Steady High Magnetic Field Facility (SHMFF) des Hefei Institutes of Physical Science ), sagte in einer Erklärung.

„Auch der Herstellungsprozess der Bitterscheiben wurde optimiert“, fügte er hinzu. Ja, bittere Scheiben.

Die Einzelheiten des genauen Versuchsablaufs und -aufbaus sind dürftig. Das Labor veröffentlichte jedoch dieses Diagramm, in dem die magnetische Feldstärke seines Magneten aufgezeichnet wurde, die über 45 T erreichte:

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MagLab-Direktor Gregory Boebinger sagte gegenüber The Register: „Die Ankündigung dieser bahnbrechenden Errungenschaft kommt von talentierten Ingenieuren und Wissenschaftlern in einem der größten Magnetlabore der Welt. Wir haben großes Vertrauen in den Bericht und freuen uns auf eine umfassende wissenschaftliche Veröffentlichung, die in die vielen Bereiche geht.“ Technische Details zum Magneten und zur Leistung von 45,22T.

Um starke, stabile Magnetfelder zu erzeugen, muss auch genügend elektrische Energie erzeugt werden, um Magnete anzuregen, erklärte Boebinger. Wir stellen fest, dass SHMFF angab, für sein Rekordexperiment 26,9 MW zu benötigen.

„Im Jahr 1999 konnte das MagLab den Weltrekord von 36T auf 45T verbessern, was zum großen Teil darauf zurückzuführen ist, dass das Kraftwerk des MagLab viel größer war als zuvor, um starke Magnetfelder zu erzeugen“, fuhr Boebinger fort.

„Vor der 45-T-Marke hatten weltweit führende Elektromagnete etwa 10 MW Leistung verbraucht. Das MagLab nutzt mehr als 30 MW, um den Rekord auf 45 T zu steigern.“

Er fuhr fort: „Seit 1999 haben eine Reihe von Magnetlaboren auf der ganzen Welt, darunter das Labor in Hefei, aber auch zwei Labore in Europa in Grenoble und Nijmegen, eine größere Infrastruktur aufgebaut, die das Erreichen von 45 T möglich macht.“

Zum Vergleich: Ein starker Kühlschrankmagnet hat eine Feldstärke von etwa 100 Gauss oder 0,01 T, wodurch der Hybridmagnet mehr als 4.500-mal stärker ist. Das Erdmagnetfeld ist mit 0,00003 T sogar noch schwächer.

Es gibt Magnete, die technisch in der Lage sind, sogar noch höhere Magnetfeldstärken zu erreichen, obwohl sie nicht so stabil sind wie der, der vom Hybridsystem des SHMFF erzeugt wird. Physiker am MagLab in Florida berichteten beispielsweise, dass sie im Jahr 2012 mit einem Multi-Shot-Magneten satte 100 T erreicht hatten, das Feld jedoch nur 15 Millisekunden anhielt.

Ein Schnappschuss von Chinas Hybridmagnet ... Bildnachweis: SHMFF. klicken um zu vergrößern

Die Erzeugung und Aufrechterhaltung ultrahoher Magnetfelder ist schwierig. Superstarke Magnete explodieren in Experimenten oft, weil die Materialien den entstehenden Kräften oft nicht standhalten. Die Physiker vermieden die Zerstörung des Mehrfachmagneten, indem sie ihn nur regelmäßig mit elektrischem Strom beaufschlagten, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen.

Auch bei Hybridmagneten ist es schwierig, die magnetische Feldstärke konstant zu halten; Sie müssen mit flüssigem Helium und einem konstanten Wasserstrom gekühlt werden, um gleichmäßige Magnetfelder zu erzeugen. „[SHMFFs] Magnet besteht aus einem supraleitenden Außenmagneten mit 11,5 T, in dem sich ein Widerstandsmagnet mit 33,5 T befindet. Es ist dieser Innenmagnet, der die gesamte elektrische Energie verbraucht“, erklärte uns Boebinger und erklärte auch, warum er Hybrid genannt wird.

„Da ein Hybridmagnet zwei einzigartige Magnettechnologien nutzt, ist für den Betrieb eine ganze Reihe einzigartiger Infrastruktur erforderlich, darunter: ein 2.800-Liter-Kryogensystem mit flüssigem Helium, um den supraleitenden Magneten auf 1,8 Kelvin (oder -271 Grad Celsius, -456 Grad Fahrenheit) abzukühlen ) und mehr als 4.000 Gallonen entionisiertes Wasser fließen jede Minute durch den Widerstandsmagneten, um ihn vor dem Schmelzen zu bewahren.

„Eine der größten Herausforderungen ergibt sich aus der Konzentration von 33 Megawatt elektrischer Leistung in einem kleinen Volumen, da dadurch enorme Kräfte entstehen, die versuchen, den Magneten auseinanderzureißen. Daher müssen diese Magnete aus exotischen Materialien hergestellt werden, die manchmal genauso stark sind.“ stärker – als Stahl.“

Boffins glaubt, dass die Erzeugung immer stärkerer Magnetfeldstärken durch Hybridmagnete unser wissenschaftliches Verständnis der elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Materialien verbessern und es Wissenschaftlern ermöglichen wird, neue Entdeckungen in der Physik zu machen oder sogar neue Arten von Halbleitern zu bauen.

Das Register hat die Hefei Institutes of Physical Science um weitere Kommentare gebeten. ®

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