Китай оголосив про новий світовий рекорд у галузі високих магнітних полів із повністю надпровідним магнітом, який досягає 35,6 тесла, що більш ніж у 700 000 разів сильніше за магнітне поле Землі біля поверхні. Система, створена Китайською академією наук, спроектована як інструмент загального користування, щоб дослідницькі групи могли вивчати матерію в умовах, близьких до тих, що зустрічаються в глибокому космосі або всередині планет-гігантів.
На відміну від багатьох рекордних магнітів, які можуть працювати лише короткими імпульсами, цей прилад розрахований на утримання максимального поля понад 200 годин при відносно низькому споживанні енергії, пише Econews. Це поєднання сили, стабільності та ефективності може змінити те, як вчені досліджують квантові матеріали, перспективні надпровідники і навіть біологічні молекули.
Що робить цей магніт таким екстремальним
Сила магнітного поля вимірюється в теслах. Поле Землі біля поверхні становить усього кілька десятків мікротесла, що є крихітною часткою одного тесла, тому магніт потужністю 35,6 тесла дійсно знаходиться в іншій лізі.
Офіційні звіти описують нову систему як пристрій, який більш ніж у 700 000 разів сильніший за природне поле нашої планети, що відповідає законам базової фізики.
Для масштабу: типовий лікарняний МРТ-сканер працює при потужності від 1,5 до 3 тесла. Це вже вимагає величезних котушок, ретельного екранування та попереджень про безпеку, які звучать лякаюче в залі очікування. Новий китайський магніт працює в полі, яке приблизно в десять разів потужніше за ці медичні апарати.
Рекордний магніт має корисний отвір (апертуру) діаметром 35 міліметрів, достатньо широкий, щоб помістити всередину кристали, невеликі пристрої або крихітні біологічні зразки. Дослідники можуть розміщувати свої зразки прямо в центрі найсильнішої частини поля, що необхідно для отримання чистих і точних вимірювань замість зашумлених даних.
Ця проста деталь робить систему набагато практичнішою, ніж просто рекордне число на папері.
Загальна надпровідна система з низьким енергоспоживанням
Магніт описаний як повністю надпровідний, що означає, що кожна котушка виготовлена з матеріалів, які проводять електричний струм з нульовим опором при охолодженні до дуже низьких температур.
Простіше кажучи, звичайний магніт з високим полем схожий на електроприлад, що працює з обігрівачем на повну потужність цілий день, тоді як надпровідний поводиться скоріше як ефективний холодильник, який майже не впливає на рахунки за електроенергію.
Зрештою, згідно з офіційними поясненнями, така конструкція забезпечує високу стабільність і дуже низькі експлуатаційні витрати порівняно з традиційними резистивними магнітами, що споживають мегавати енергії.
Усередині системи високотемпературна надпровідна вставка поєднана з низькотемпературним зовнішнім магнітом – така конфігурація дозволила інженерам підвищити потужність поля, без ризику руйнування котушок або втрати ними стану надпровідності.
Дослідницька група зберегла апертуру 35 міліметрів, збільшивши поле з попереднього результату в 30 тесла до 35,6 тесла, що є значним стрибком на такому рівні. Стабільна робота протягом понад 200 годин дає вченим достатньо часу для проведення складних багатоденних експериментів, а не швидких знімків.
Екстремальні умови під одним дахом у Пекіні
Новий магніт знаходиться всередині Синергетичного центру екстремальних умов для користувачів на околиці Пекіна. Цей національний об'єкт поєднує наднизькі температури, надвисокий тиск, інтенсивні магнітні поля та надшвидкі лазерні системи в одному комплексі. Він створений як відкрита лабораторія, щоб команди з Китаю та з-за кордону могли подавати заявки на час і проводити свої експерименти.
На практиці це означає, що вчений може охолодити матеріал майже до абсолютного нуля, стиснути його гігантським тиском, опромінити надшвидким світлом і піддати впливу поля 35,6 тесла в одному місці.
Такі екстремальні комбінації важко уявити в типовій університетській лабораторії. Зрештою, цей об'єкт діє як своєрідний фізичний ігровий майданчик для виведення матеріалів далеко за межі умов, які ми коли-небудь бачимо в повсякденному житті.
Навіщо вченим такі потужні поля
Сильні стабільні поля дозволяють дослідникам відстежувати дуже малі зміни в русі електронів усередині твердих тіл, що вкрай важливо для вивчення квантових матеріалів і нетрадиційних надпровідників.
Такі методи, як ядерний магнітний резонанс, вимірювання питомої теплоємності та магнітострикція, стають набагато чутливішими в міру збільшення поля, тому вища межа означає нові відомості про те, як насправді поводиться матерія.
В одному офіційному резюме зазначено, що магніт призначений для передових досліджень у галузі матеріалознавства, наук про життя і навіть у сферах, пов'язаних з ядерним синтезом.
Біофізики також сподіваються використовувати сильні, але стабільні поля для вивчення структури складних біомолекул – будівельних блоків білків та інших компонентів живих клітин.
Хоча цей магніт не з'явиться в лікарнях найближчим часом, технологія, що стоїть за ним, може з часом вплинути на конструкцію майбутніх систем медичної візуалізації, які працюватимуть швидше або споживатимуть менше енергії. Для пацієнтів такий прогрес важливіший, ніж саме рекордне число.
Що буде після 35,6 тесла
Інженери з Інституту електротехніки та Інституту фізики заявили, що вже планують модернізацію. Вони націлені на подолання позначки в 40 тесла, розширення апертури для проведення більшої кількості типів експериментів і посилення системи охолодження для ще більшого зниження довгострокових витрат.
Дослідник Ло Цзяньлінь підкреслив, що магніт може утримувати пікове поле понад 200 годин, плавно працюючи при наднизьких температурах і високому тиску, що, за його словами, значною мірою відповідає потребам наукової спільноти.
Така надійність означає, що міжнародні команди з більшою ймовірністю будуть бронювати час, приїжджати до Пекіна і будувати складні експерименти навколо цієї машини, а не ставитися до неї як до разової акції. Реальним випробуванням у найближчі кілька років стануть відкриття, які з’являться в результаті цих експериментів.
Раніше УНІАН повідомляв, що один із найнебезпечніших супервулканів планети знову оживає.
