Ny rekord for kontrollerbare magnetfelter: 1.200 tesla

Gnister flyver under forsøget, der genererer de rekordhøje feltstyrker, men forsøget kan uden problemer gennemføres i et laboratorium. Illustration: University of Tokyo

Generering af enormt kraftige magnetfelter er en disciplin, der har været studeret, siden det amerikanske atombombeprojekt under Anden Verdenskrig, og som i 1950'erne var koncentreret til Sovjetunionen (Rusland) og USA.

Siden er andre lande og ikke mindst Japan kommet godt med inden for dette felt, og det er i Japan, at en ny imponerende rekord er sat.

Her har forskere fra University of Tokyo genereret et magnetfelt med en styrke på 1.200 tesla. Resultatet er beskrevet i en ny artikel i Review of Scientific Instruments.

Det er dog ikke den absolutte rekord - den tilhører russerne, der i 2001 nåede op på 2.800 tesla, men det var med brug af sprængstoffer og foregik udendørs.

Japanerne har nu indendørsrekorden, som er sat under fuldt kontrollerbare forhold.

For at sætte feltstyrken i perspektiv så er feltstyrken af Jordens magnetfelt omkring 50 mikrotesla, og de superledende magneter ved Cern giver en feltstyrke på 8 tesla.

Valget står mellem laser, eksplosion eller elektromagnetisme

Ekstremt høje feltstyrker over 1.000 tesla giver mulighed for at studere materialer på helt nye måder. Det er også et felt, som er særdeles relevant for forskning i fusionsenergi.

Der findes flere metoder til at generere høje feltstyrker.

Det er f.eks. muligt med anvendelse af kraftige lasere, som dog kun giver mulighed for at have høje feltstyrker i få nanosekunder.

En anden teknik er at generere et magnetfelt i en metalcylinder og derefter presse cylinderen sammen. Derved bliver feltstyrken større i et mindre område, og den høje feltstyrke kan opretholdes i mikrosekunder eller længere.

Sammenpresningen eller implosionen af metalcylinderen kan foregå med brug af sprængstoffer. Det var det, som russerne brugte i deres rekordforsøg, der blev rapporteret i 2001.

Ulempen er selvfølgelig, at man ikke har meget kontrol over eksperimentet, og hele opstillingen ødelægges ved forsøget.

Princippet for elektromagnetisk flux kompression. Med de sekundære spoler genereres et magnetfelt, der er omgivet af den røde metalcylinder eller 'liner'. Til den grå spole, der omgiver metalcylinderen, fødes en kraftig strøm på adskillige millioner ampere. Det giver anledning til en kraftpåvirkning på metalcylinderen, der presses sammen. Illustration: University of Tokyo

En anden måde er at foretage sammenpresningen baseret på elektrisk energi, som kan lagres i store kondensatorer.

Denne energi kan leveres til en spole, der omgiver metalcylinderen, og som i forvejen har et magnetfelt på nogle få tesla. Magnetfeltet i spolen vil give en kraftpåvirkning på metalcylinderen, som presses sammen med en hastighed op til nogle få kilometer i sekundet, hvorved feltstyrken øges.

Denne teknik kan reguleres helt præcist, og det er muligt at opretholde den høje feltstyrke i nærheden af 1.000 tesla i op til ca. 100 mikrosekunder.

Metoden går under navnet elektromagnetisk flux kompression, eller EMFC efter den engelske forkortelse.

Sammenpresning med 5 km/s

I det nye rekordforsøg lagrer man en energi på 5 MJ. Strømstyrken i spolen er maksimalt 8 MA.

Det er med til at sammenpresse en kobbercylinder med en oprindelig indre diameter på 116 mm og en tykkelse på 1,5 m til en indre diameter på 2,7 mm.

Hastigheden, hvormed metalcylinderen imploderer, er 5.000 m/s. Herved øges den magnetiske feltstyrke fra oprindeligt 3,2 tesla til 1.200 tesla i cylinderens hulrum.

Her ses den magnetiske feltstyrke som funktion af tiden. (B_pc og B_FR angiver to måder til bestemmelse af feltstyrken, hvoraf kun den ene virker ved de højeste feltstyrker). Den sorte ring angiver metalcylinderen (på engelsk kaldet en 'liner'), som omgiver magnetfeltet, der sammenpresses. Metalcylinderen trykkes sammen af et magnetfelt, der dannes af en elektrisk strøm, der løber i en spole, der omgiver metalcylinderen. Illustration: University of Tokyo
Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er et imponerende kraftigt magnetfelt (om end der stadig er langt op til de 10^8 T, som en helt ung hurtigt snurrende neutronstjerne kan producere - men det er så også en helt anden størrelsesorden).

Til sammenligning er det kraftigste kontinuerlige magnetfelt, som nogen magnet på Jorden producerer, ca. 45 T, https://en.wikipedia.org/wiki/Bitter_elect...

For at sammenligne med noget i vores hverdag kan det nævnes, at fluxtætheden i luftgabet på en typisk mellembas-højttaler er omkring 1,2 T (altså 1/1000 af det omtalte magnetfelt) og genereres af en permanent magnet - og når vi opmagnetiserer permanente (neodymium-) magneter, når vi lidt over 3,5 T (peak) ved at sende en spidsstrøm på 25.000-30.000 A gennem en Bitter Coil.

Man skal måske lige præcisere, at Tesla [T] er enheden for magnetisk fluxtæthed (B-feltet). Den magnetiske feltstyrke (H-feltet) måles i Ampere pr. meter [A/m]. Betegnelsen magnetfelt bruges dog i flæng om både H-feltet og B-feltet.

  • 13
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten