ساخت قوی‌ترین آهنربای جهان

براساس نتایج یک پژوهش جدید، دانشمندان دانشگاه فلوریدا رکورد قوی‌ترین میدان مغناطیسی پیوسته را شکستند.

آزمایشگاه مگ‌لب در دانشگاه ایالتی فلوریدا، برای استفاده‌ی دانشمندان، قوی‌ترین آهنربای پیوسته‌ی جهان را با قدرتی معادل ۴۵ تسلا (۱۰ برابر قوی‌تر از یک دستگاه MRI بیمارستانی) در اختیار دارد. اکنون پژوهشگران این آزمایشگاه، خبر از ساخت یک آهنربای ۴۵/۵ تسلایی داده‌اند. هرچند ساخت این آهنربا یک پیشرفت عظیم به‌نظر نمی‌رسد ولی راه را برای ساخت آهنرباهای قوی‌تر براساس اصول ابررسانایی هموار می‌کند.

آهنربایی یک ویژگی ماده است که معمولا با حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می‌شود. دانشمندان میدان‌های مغناطیسی قوی را با ایجاد سیم‌پیچ‌هایی که با عبور بار الکتریکی از آن‌ها میدان مغناطیسی تولید می‌شود، می‌سازند. افزایش تراکم جریان درون سیم‌پیچ منجر به ایجاد میدان مغناطیسی قوی‌تری می‌شود.

دو دهه است که ۴۵ تسلا، قوی‌ترین میدان مغناطیسی جریان مستقیمی (میدان مغناظیسی که جهت آن تغییر نمی‌کند) است که دانشمندان قادر به تولید آن هستند. آهنربای اصلی آزمایشگاه مگ‌لب از یک آهنربای مقاومتی تشکیل شده است. این آهنربا حاوی یک سیم‌پیچ مسی تولید‌کننده‌ی میدان ۳۳/۶ تسلایی درون سیم‌پیچی است که از ابررسانای نیوبیوم – قلع (Nb3Sn) ساخته شده است. این سیم‌پیچ مسی با عبور جریان حرارت تولید می‌کند، برای اجرا نیاز به ۳۱ مگاوات انرژی (بیش از اوج خروجی انرژی حاصل از برخی زیردریایی‌های هسته‌ای) دارد و نیز برای خنک کردن آن به هزاران گالن آب سرد نیاز است.

قوی‌ترین آهنربای جهان با نام Little Big Coil 3 که اندازه‌ی آن در حد یک قوطی آبجو است

آهنربای Little Big Coil 3 دارای یک آهنربای ابررسانا درون یک آهنربای مقاومتی است و به‌جای استفاده از نیوبیوم-تین از یک نوار پوشیده با نوعی ابررسانای اکسید مس به نام REBCO تشکیل شده است که در دماهای بالا خاصیت ابررسانایی به‌دست می‌آورد. نوار دارای عرضی به حد یک تار مو است و می‌تواند به‌صورت مجزا پیچانده شود و تراکم جریان الکتریکی و بنابراین قدرت میدان مغناطیسی را افزایش دهد.

پژوهشگران در تولید این آهنربا از فرایند عایق‌سازی صرف‌نظر کردند که می‌تواند به هدایت جریان کمک کند ولی در عین حال موجب از دست رفتن ویژگی‌های ابررسانایی می‌شود. طبق نتایج مقاله‌ی منتشرشده در Nature، کنار گذاشتن این بخش از کار موجب افزایش تراکم جریان و ایمن‌تر شدن فرایند خنک‌سازی شد.

این چنین میدان‌های مغناطیسی قوی معمولا برای کاربردهای علمی بنیادین مانند تلاش برای درک ویژگی‌های مواد جدید سودمند هستند. باید توجه داشته باشیم که این آزمایش یک اثبات مفهوم است، یعنی دانشمندان هنوز یک ابزار قابل اعتماد برای کاربرد در آزمایش‌ها ایجاد نکرده‌اند. دیوید لاربالستیر، پژوهشگر مطالعه گفت:

اهمیت حقیقی این پژوهش آن است که پایه‌ای برای ساخت آهنرباهای قوی‌تر با استفاده از ابررساناهای اکسید مسی ایجاد می‌کند.