В любом фильме или мультфильме есть момент, когда сумасшедший ученый щелкает выключателем или смешивает два химиката и бум, их лаборатория взрывается и дым поднимается из окон и дверей. В действительности, по крайней мере в современную эпоху, лабораторные взрывы не приветствуются. Но недавний эксперимент с электромагнетизмом в Токио привел к созданию самого сильного контролируемого магнитного поля из когда-либо созданных, сообщает Сэмюэль К. Мур из IEEE Spectrum, достаточно мощный, чтобы взорвать взрывные двери лаборатории.
Большой взрыв произошел, когда исследователи из Токийского университета накачали 3, 2 мегаджоуля электричества в специально разработанную катушку для создания мощного магнитного поля. В то время как исследователи надеялись, что поле достигнет 700 тесла, прибор использовался для измерения плотности магнитного потока или, неформально, напряженности магнитного поля. Вместо этого поле достигло 1200 тесла. Это примерно в 400 раз сильнее, чем самый мощный аппарат МРТ, который производит три тесла. В результате взрыва погнулся железный шкаф, в котором было установлено устройство, и открыл металлические двери.
«Я спроектировал железный корпус, выдерживающий около 700 т, - говорит Мур физик Содзиро Такеяма, старший автор исследования в журнале« Обзор научных инструментов ». «Я не ожидал, что это будет так высоко. В следующий раз я сделаю это сильнее.
К счастью, сами исследователи были спрятаны в контрольной комнате, защищенной от взрыва.
Итак, что же делал Такеяма и его коллеги, выпуская массивные магнитные боны в центре Токио? Рафи Летцер из LiveScience объясняет, что в течение нескольких десятилетий ученые стремятся к созданию все более мощных управляемых магнитных полей. В течение последних 20 лет Такеяма пытался побить уровень в 1000 тесла, достигнув цели с помощью этого нового устройства.
По сути, электромагнит представляет собой серию трубок, состоящих из катушки с медной внутренней катушкой внутри. Когда через катушки проходит огромное количество электричества, внутренняя катушка падает на себя со скоростью 15 Маха, что составляет более 3 миль в секунду. Магнитное поле в катушке сжимается все сильнее и сильнее, пока не достигнет невероятно высокого уровня. Затем, в доли секунды, все разрушается, что приводит к взрыву. Команда верит, что, имея немного больше инженерных разработок и несколько более прочных дверей, они смогут довести свое устройство до 1800 тесла.
Это было не самое большое магнитное поле, когда-либо созданное людьми. Некоторые сверхсильные поля создаются лазерами, но они настолько малы и недолговечны, что их трудно изучать или использовать. Такеяма рассказывает Летцеру, что исторически американские и российские исследователи проводили несколько масштабных испытаний на открытом воздухе с использованием взрывчатых веществ, упакованных вокруг магнитных катушек, создавая поля до 2800 тесла. Но они тоже несовершенны.
«Они не могут проводить эти эксперименты в закрытых лабораториях, поэтому они обычно проводят все на открытом воздухе, например, в Сибири в поле или где-то в очень широком месте в Лос-Аламосе (Нью-Мексико)», - говорит он. «И они пытаются провести научное измерение, но из-за этих условий очень трудно сделать точные измерения».
Инструмент команды, однако, может быть использован в контролируемой лабораторной обстановке и создает относительно большое поле, чуть меньше нанометра, которое достаточно велико, чтобы заниматься какой-то реальной наукой. Согласно пресс-релизу, цель состоит в том, чтобы создать контролируемое магнитное поле, которое могло бы использоваться физиками. Надежда состоит в том, что полем можно управлять достаточно хорошо, чтобы материалы могли быть помещены в крошечное поле, чтобы исследователи могли довести электроны до своего «квантового предела», при котором все частицы находятся в своем основном состоянии, открывая свойства, которые исследователи еще открывать. В этом случае, чем больше, тем лучше.
«В целом, чем выше поле, тем лучше и лучше становится разрешение измерения», - рассказывает Такеяма Муре в IEEE.
Другое возможное применение - как только они получат взрывы из системы - это использование в термоядерных реакторах, типе производящего энергию устройства, в котором плазма поддерживается стабильной, используя сильное магнитное поле в качестве водородных плавких предохранителей, создавая реакцию, подобную солнечного и производящего почти безграничную чистую энергию. Согласно сообщению, исследователи полагают, что им необходимо иметь возможность контролировать магнитное поле в 1000 Тесла, чтобы производить устойчивый ядерный синтез.
