مغناطيس فائق التوصيل حطم للتو أقوى سجل مجال مغناطيسي

(المختبر الوطني للمجال المغناطيسي العالي)

استطاع مغناطيس فائق التوصيل جديد الحفاظ لفترة وجيزة على شدة مجال مغناطيسي مذهلة تبلغ 45.5 تسلا. للمقارنة ، تحتوي مغناطيس الثلاجة الضعيفة على حوالي 1 بالمائة من تسلا واحد.

القياس الذي حققه باحثون في مختبر المجال المغناطيسي الوطني العالي ( MagLab ) في جامعة ولاية فلوريدا يعيد تعيين الشريط على ما هو ممكن في المجالات المغناطيسية الحالية المباشرة ، متجاوزًا الحد السابق بمقدار نصف تسلا.

MagLab يضم بالفعل العالم أقوى مغناطيس مستمر ، هجين يعتمد على إقران البرد بجنون موصل فائق مع مغناطيس كهربائي نموذجي أكثر ليشغل.

تتطلب مثل هذه الظروف الباردة مبنى صغيرًا من الأنابيب والآلات تزن حوالي 35 طنًا. وغني عن القول ، هذه ليست قطعة معدنية بحجم عملة معدنية يمكنك استخدامها لالتقاط مشابك الورق.

والحق يقال ، ليس هذا هو الإصدار الأحدث ، والذي يحتاج أيضًا إلى أن يتم تشغيله عند درجة حرارة أعلى من الصفر المطلق ببضع درجات. لكن جوهر النظام الجديد لا يزال أكثر إحكاما ، وهي ميزة هي سر نجاحه.

صغيرة بما يكفي لتناسب نصف لتر زجاجي ، فهي تزن 390 جرامًا فقط (حوالي 0.86 رطل) وتشبه إلى حد ما كومة قصيرة من الأقراص المسطحة ملفوفة في شرائح معدنية رفيعة.

الشرائط مصنوعة من معدن يسمى أكسيد الباريوم النحاسي النادر (REBCO) ، لتحل محل سبيكة النيوبيوم المستخدمة في مغناطيسها الهجين 45T.

يمكن لكل من السبائك القائمة على النيوبيوم في شرائط 45T ​​و 45.5T من REBCO توصيل تيار كهربائي بدون مقاومة تقريبًا ، مما يساعدهم على بناء مجالات مغناطيسية قوية.

تتمثل إحدى مشكلات الدوائر التقليدية فائقة التوصيل في أنها عندما تسخن ، يمكن أن تعاني من قفزة مفاجئة في المقاومة تسمى يطفئ . يتسبب أي خلل أو انحراف في مسارها في أن يصبح التوصيل أقل من فائق ، مما يؤدي إلى مقاطعة التدفق.

تلتف شرائط REBCO الرقيقة للورق عن طريق التخلي عن العزل ، مما يسمح للتيار الذي يمر عبر أي قسم بتغيير الممرات بسرعة في حالة الانقطاع.

'حقيقة أن لفات الملف ليست معزولة عن بعضها البعض تعني أنه يمكن مشاركة التيار بسهولة وفعالية شديدة من أجل تجاوز أي من هذه العوائق ،' يقول عالم المواد ديفيد Larbalestier ، الذي يشرح المزيد عن تصميم المغناطيس في المقطع أدناه.

تعمل هذه الشرائط المُلفوفة بإحكام أيضًا على تبديد الحرارة التي يمكن أن تتداخل مع تدفق المقاومة المنخفض للإلكترونات ، مما يسمح للمصممين بالتخلي عن أحواض الحرارة النحاسية المعتادة وتقليل الحجم بشكل أكبر.

يساعد الموصل الفائق الأكثر إحكامًا والأكثر كفاءة هذا الابتكار على إخراج مجال مغناطيسي أقوى.

يمكن للموصل الفائق 45T أن يطلق 11.4 تسلا فقط. عند إقرانها بمجموعة متنوعة من الحدائق مغناطيس كهربائي 'مقاوم' أنتج حقل 33.6 تسلا ، ووصل إلى حده القياسي القديم.

تم إقرانه بمغناطيس مقاوم لتسلا 31.1 ومغمورًا في غرفة من الهيليوم السائل ، وقد وصل أحدث إصدار من `` الملف الصغير الصغير '' الخاص بالفريق والمبني على REBCO إلى 14.4 تسلا ، وهو رقم قياسي جديد.

لا يزال الإعداد الهجين القديم أقوى مغناطيس عمل رسميًا. يبدو هذا الإصدار الجديد واعدًا فقط في التجارب حتى الآن.

إلى أي مدى بالضبط يمكن أن نرتقي ، لا يزال السؤال مفتوحًا. يتم تجاوز هذه الحدودكل بضع سنوات، مع اعتقاد الباحثين أنه يمكننا نظريًا التوجه إلى الأرقام الثلاثية بناءً على ما نعرفه حاليًا.

هذه الأنواع من المغناطيس لها تطبيقات في مجموعة متنوعة من المجالات ، من التشخيص الطبي إلى أبحاث فيزياء الجسيمات.

'نحن حقًا نفتح بابًا جديدًا' يقول المهندس Seungyong Hahn ، الذي ابتكر التصميم النحيف للمغناطيس الجديد.

'تتمتع هذه التكنولوجيا بإمكانية جيدة جدًا لتغيير آفاق التطبيقات عالية المجال تمامًا بسبب طبيعتها المدمجة.'

تم نشر هذا البحث في طبيعة سجية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.