Физики создали рекордное магнитное поле
Учёные создали самое мощное магнитное поле, которое только удавалось сгенерировать в лаборатории. Достижение может проложить дорогу к новым открытиям в физике вещества и дешёвой термоядерной энергии. Результат описан в научной статье, опубликованной в журнале Review of Scientific Instruments группой во главе с Сигэхару Такаямой (Shigeharu Takayama) из Токийского университета.
Магнитная индукция достигла фантастической отметки в 1200 тесла. Для сравнения: это в 400 раз сильнее магнитного поля аппаратов МРТ и в 50 миллионов раз – магнитного поля Земли. Таким образом, установлен новый рекорд напряжённости магнитного поля в стенах лаборатории. Человечество умеет генерировать и более впечатляющие поля, до 2800 тесла, но только в опытах со взрывчатыми веществами, когда установка фактически разрушается в момент эксперимента.
Для чего это нужно? Ведь учёные – не спортсмены, и рекорды для них не самоцель.
Во-первых, чрезвычайно мощные магнитные поля меняют свойства вещества. Некоторые из привычных физических законов фактически перестают работать. Это уникальная возможность глубже исследовать устройство полупроводников, сверхпроводников и других материалов, которые пригодятся в электронике будущего. Получение экзотических квантовых состояний, связанных с экстремальным магнитным полем, представляет и чисто исследовательский интерес.
Наконец, мощные магниты необходимы, чтобы реализовать давнюю мечту человечества – термоядерные электростанции. Если удастся построить промышленный термоядерный реактор, энергетические проблемы человечества будут решены навсегда. Один литр обычной воды даст столько же энергии, сколько триста литров бензина, и это без всяких радиоактивных отходов, требующих сложной утилизации.
По оценкам экспертов, в таком реакторе требуются магнитные поля с индукцией не менее тысячи тесла. В работе Такаямы и коллег эта планка взята. Правда, такое мощное поле удалось создать лишь на короткое время.
Как учёным это удалось? Им помог закон сохранения магнитного потока. Поясним, что это такое.
Возьмём замкнутый контур, сопротивление которого так мало, что им можно пренебречь. Пустим по нему электрический ток. Последний создаст магнитное поле. Как утверждает теория и подтверждают эксперименты, при любых деформациях контура сохраняется пронизывающий его магнитный поток. Он пропорционален величине поля и площади, охваченной контуром.
Создадим умеренное магнитное поле с помощью тока в контуре, а затем сильно сожмём последний. Поскольку площадь уменьшилась, а магнитный поток остался прежним, должна вырасти величина поля. Вот так и генерируются сверхмощные магнитные поля.
Самый эффективный способ сжать контур – обрушить на него взрывную волну, подорвав, к примеру, заряд тротила. Так и достигнут абсолютный рекорд величины поля в 2800 тесла.
Но взрывная волна – не лучший сосед как для хрупких приборов, так и для не менее хрупких живых физиков. А ведь и первые, и вторые нужны, чтобы, к примеру, исследовать новые состояния вещества, достигаемые в экстремальных магнитных полях. Поэтому авторы пошли по другому пути. В их работе контур сжимался электромагнитными силами с использованием батареи суперконденсаторов.
Важно, что сверхсильное поле удалось создать в объёме, превышающем кубический сантиметр. Этого вполне достаточно для экспериментов над веществом. Конечно, для строительства термоядерных реакторов нужно искать другие технологии. Кроме того, величина поля является далеко не единственным препятствием к созданию "искусственного солнца".
Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о предыдущем рекорде для "лабораторного" магнитного поля, а также о рекорде высокотемпературной сверхпроводимости и рекорде температуры.