Впервые миниатюрный магнит достиг такой же силы, что и самые мощные в мире
В Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zürich) разработан магнит, достаточно миниатюрный, чтобы уместиться на ладони. При этом по силе создаваемого поля он сравним с мощнейшими магнитами мира.
Сильные магниты играют важную роль в науке и технике, находя применение повсюду — от МРТ и ускорителей частиц до исследований в области термоядерного синтеза. Самые мощные из них изготавливаются из сверхпроводников — материалов, почти идеально проводящих электричество.
Как правило, это весьма громоздкие устройства. Меньшие из них можно сопоставить по размеру с роботом R2D2 из «Звездных войн», а крупнейшие — с двухэтажным зданием, сравнивает профессор Александр Барнс из ETH Zürich.
Вместе с коллегами он создал сверхпроводящий магнит, который не уступает по мощности этим гигантам, но при этом имеет диаметр канала всего 3,1 миллиметра. Для этого они свернули в катушку тонкую ленту из керамического материала REBCO, который обретает сверхпроводимость при охлаждении до экстремально низких температур. При пропускании электрического тока такие катушки генерируют магнитное поле.
Ленту REBCO купили у коммерческой компании и приступили к поиску оптимальной конструкции магнита. По признанию Барнса, пришлось изготовить и протестировать более 150 образцов — экспериментаторы умышленно пошли путем проб и ошибок. С результатами изысканий можно ознакомиться в журнале Science Advances.
Остановились в итоге на конструкции, состоящей из двух или четырех похожих на блин катушек из REBCO, способных создавать магнитное поле напряженностью 38 и 42 тесла соответственно.
Для сравнения: напряженность поля обычного магнита на холодильник обычно не превышает 0,01 Тл. Два магнита, удерживающие на данный момент мировой рекорд по созданию постоянного магнитного поля, достигают примерно 45 тесла, весят многие тонны и потребляют до 30 мегаватт энергии. Магнит, разработанный группой Барнса, меньше ладони и требует менее 1 ватта мощности.
По его словам, конечная цель — использовать этот магнит в ядерном магнитном резонансе (ЯМР). Это экспериментальный метод, который с помощью магнитных полей позволяет изучать структуру молекул, например, лекарств или катализаторов для промышленных процессов. Широкое внедрение ЯМР как раз и сдерживается большими размерами и высокой стоимостью магнитов. Исследователи надеются сделать его доступным для более широкого круга химиков. Испытания нового магнита в составе установки ЯМР уже начаты, добавил профессор.
«Достижение магнитного поля свыше 40 Тл традиционно требует очень крупных и дорогостоящих лабораторных комплексов. Поэтому получение аналогичных значений в столь компактном устройстве на основе сверхпроводящих лент можно считать колоссальным достижением, — считает Марк Эйнсли из Королевского колледжа Лондона. — Это говорит о том, что в ближайшем будущем магниты со сверхвысоким полем могут стать гораздо доступнее для самых разных лабораторий».
Однако, по его словам, широкое внедрение такого магнита требует решения ряда вопросов — например, насколько однородным можно сделать создаваемое им поле, а также как им эффективно управлять.
