Магнит в руке: как швейцарцы сжали 42 тесла до размера карандаша

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Команда физиков из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) разработала два компактных сверхпроводящих магнита на основе высокотемпературных материалов. Один из них выдал 38 тесла, второй — рекордные 42,3 тесла. При этом устройство помещается в ладонь и потребляет меньше одного ватта энергии. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Автор: Freepik Источник: ru.freepik.com

Для понимания масштаба: стандартный медицинский МРТ-сканер работает на 1,5-3 тесла. Предыдущий рекорд для полностью высокотемпературных сверхпроводящих магнитов составлял 26 тесла. Мировой рекордсмен — 45,5-тесла магнит в Национальной лаборатории сильных магнитных полей США — занимает целое здание и «ест» более 20 мегаватт. Новые швейцарские магниты в тысячи раз экономичнее и в тысячу раз компактнее, при этом почти догоняют рекорд.

Основная сложность заключалась в намотке сверхпроводящей ленты из оксида редкоземельного бария и меди (REBCO) вокруг канала диаметром всего 3,1 мм — примерно как у простого карандаша. Обычные методы требуют минимум 14 мм, иначе хрупкий сверхпроводящий слой трескается.

Инженеры из Цюриха придумали способ, при котором точка соединения катушек вынесена за пределы узкого канала. Это позволило сохранить целостность ленты даже при экстремальном изгибе. Дополнительно использована техника намотки без изоляции с пайкой по всей длине катушки — это повысило и плотность тока, и механическую прочность. В итоге достигнута плотность тока до 2257 А/мм² — показатель, недостижимый для большинства крупных сверхпроводящих систем.

Исследователи не ограничились цифрами: они провели эксперименты по ядерному магнитному резонансу (ЯМР) прямо внутри 3,1-мм канала магнита. ЯМР-спектроскопия — ключевой метод изучения молекулярной структуры — становится точнее и чувствительнее при росте магнитного поля. Сейчас для работы с полями выше 28 тесла учёным приходится бронировать время в национальных лабораториях.

Пальмовый магнит, работающий в этом диапазоне при минимальных затратах, может сделать высокопольную ЯМР-спектроскопию доступной для университетских лабораторий и исследовательских клиник, которые ранее не могли позволить себе такие установки.

Авторы также отмечают перспективы в области изучения квантовых материалов и разработки микро-ЯМР-систем нового поколения, где уже продемонстрированы радиочастотные катушки размером менее 1 мм.

Учёные признают: пока остаётся задача улучшить однородность магнитного поля внутри канала — от этого зависит точность измерений. В планах — доработать конструкцию и выйти на прямые ЯМР-измерения при полях выше 40 тесла. Патентная заявка на технологию уже подана.

Главный итог: наука о сверхсильных магнитных полях больше не привязана к гигантским национальным установкам. Иногда достаточно устройства, которое помещается в руке.

Источник: interestingengineering

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

В холодную или кипящую воду класть картофель: почему результат получается разным

Казалось бы, что может быть проще варёной картошки? Почистили клубни, положили в кастрюлю, залили водой и поставили на плиту. Но даже здесь возникает вопрос, из-за которого хозяйки могут...

Красный плюс на светофоре: что означает этот сигнал и как правильно действовать водителю

На сложных перекрёстках в ряде стран можно встретить светофор с дополнительной секцией, в которой горит красный символ в виде плюса. Этот сигнал вызывает вопросы даже у опытных водителей, привыкших...

Почему нельзя ждать, пока гейзерная кофеварка зашипит, и зачем макать ее в холодную воду: как сварить дома густой кофе без горечи

Характерное бурление и шипение, которые раздаются из гейзерной кофеварки в конце ее работы, большинство людей воспринимают как сигнал о том, что кофе готов. Однако замеры температуры и давления...

Инструкция по сборке Вселенной: почему для симуляции одного человека хватит энергии настольной лампы

В чилийской пустыне Атакама, на высоте двух с половиной тысяч метров, работают телескопы Паранальской обсерватории. Свет далеких галактик, который улавливают здешние зеркала, летит сквозь космос...

Что, если мы уже поймали сигналы инопланетян, но приняли их за пульсары? Вычислить их поможет алгоритм общения светлячков

Программы поиска внеземных цивилизаций (SETI) с момента своего появления в середине XX века опирались на представления о технологиях, которыми в тот момент обладало само человечество....

Почему компьютерные колонки трещали за секунду до звонка мобильного телефона

Телефон лежит на столе возле компьютера. В колонках неожиданно раздаётся знакомое «ты-ды-дыы, ты-ды-дыы». Через мгновение загорается экран и начинает играть мелодия вызова. Можно заранее потянуться...