Ny rekord for kontrollerbare magnetfelter: 1.200 tesla

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.

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.