Китайські фізики створили найпотужніший надпровідний магніт

У китайському місті Хефей фізики запустили новий пристрій, який досяг рекордної потужності магнітного поля. Коли машина вийшла на повну потужність, вона створила магнітне поле понад 700 тисяч разів сильніше за природне поле Землі.

Потужність склала 35,1 тесла, що стало найсильнішим магнітним полем, коли-небудь створеним надпровідним магнітом. Для порівняння, магнітне поле Землі становить приблизно 0,00005 тесла або 0,5 гауса в альтернативних одиницях вимірювання. Новий китайський магніт досяг 351 тисячі гаусів, перевершивши попередній світовий рекорд у 323,5 тисячі гаусів.

«Це підтвердило надійність технічного рішення та забезпечило важливу платформу для проведення різноманітних експериментів з зразками в умовах 35,1 тесла», — заявив Інститут фізики плазми Китайської академії наук у своєму повідомленні.

За проривом стоїть на перший погляд проста ідея: магніт, який одночасно є гарячим і холодним. Команда створила його, використовуючи технологію високотемпературних надпровідних вставних котушок, акуратно розміщених всередині більш традиційних низькотемпературних надпровідних котушок. Ці коаксіальні шари дозволяють пристрою залишатися стабільним навіть під екстремальним магнітним навантаженням.

Простіше кажучи, магніт працює як багатошаровий сендвіч. Внутрішня котушка витримує вищі температури і розташована всередині зовнішніх котушок, які залишаються надзвичайно холодними. Разом вони створюють сильніше, стабільніше магнітне поле.

Лю Фан, дослідник інституту, пояснив конструкцію телеканалу CGTN: вона «використовує технологію високотемпературних надпровідних вставних котушок, коаксіально вкладених у низькотемпературні надпровідні магніти».

Однак створення такого гібрида було далеко не простим завданням. Команді довелося подолати низку викликів, включаючи «концентрацію напружень, ефекти екрануючих струмів та багатопольові ефекти зв'язку в умовах низьких температур і сильних полів», згідно з повідомленням агентства Сіньхуа. Кожен з цих ефектів міг призвести до відмови магніта. Але ретельно налаштувавши матеріали та конструкцію, інженери створили структуру, яка не просто витримала інтенсивні сили, а процвітала під їх впливом.

Результатом стало стабільне магнітне поле безпрецедентної потужності. Система працювала безперебійно протягом півгодини, а потім була безпечно вимкнена — те, що вчені називають розмагнічуванням — не втративши жодної точності чи цілісності.

Надпровідні магніти не є новинкою. Вони вже активно працюють у МРТ-сканерах, прискорювачах частинок та поїздах на магнітній левітації. Але жодна з цих систем ніколи не потребувала роботи з такими полями.

Справжня цінність нового рекорду проявляється у термоядерному синтезі — святому Граалі чистої енергії. Щоб злити два легкі атоми в важчий і вивільнити енергію, потрібно утримувати плазму при температурах, гарячіших за Сонце. Єдиний спосіб зробити це на Землі — використовувати магнітні клітки з інтенсивних, стабільних магнітних полів. Тому цей рекорд не просто випадкове досягнення, це те, що можна використати в термоядерних генераторах.

Інститут фізики плазми, який очолив проект, також є головним учасником Китаю в проекті ITER — Міжнародному експериментальному термоядерному реакторі. Цей масивний термоядерний експеримент, розташований у Франції та фінансований десятками країн, має на меті довести, що синтез може виробляти більше енергії, ніж споживає.

Хоча китайська команда не повідомила, чи піде саме цей магніт в ITER, очевидно, що прорив є частиною ширшого наступу. Китай постачає для ITER надпровідники, корекційні котушки та магнітні живильники. Нова технологія, повністю розроблена та виготовлена в Китаї, ймовірно, вплине на майбутні компоненти термоядерних реакторів — не лише в ITER, але й у власній амбітній термоядерній програмі Китаю.

Наслідки поширюються навіть за межі синтезу. Новий магніт може прискорити розвиток космічних рушійних систем, ядерно-магнітно-резонансної спектроскопії, надпровідного індукційного нагрівання, високошвидкісних поїздів на магнітній левітації та навіть мереж передачі енергії з майже нульовими втратами.

Коротше кажучи, це технологічна основа — платформа для наступного покоління інструментів та машин, які можуть переосмислити те, як ми діагностуємо хвороби, досліджуємо зірки та живимо наші домівки. Кілька десятих тесла можуть означати різницю між плавленням металів або утриманням їх замороженими в магнітній підвісці. Стрибнувши вперед на кілька цілих тесла, китайські вчені прокладили нову територію у фізиці екстремальних станів.