Gnistene flyr under forsøket som genererer de rekordhøye feltstyrkene. Men forsøket kan uten problemer gjennomføres i et laboratorium.
Gnistene flyr under forsøket som genererer de rekordhøye feltstyrkene. Men forsøket kan uten problemer gjennomføres i et laboratorium. (Foto: Tokyo universitet)

EMFC - verdens kraftigste magnetfelt

Slik skaper man verdens kraftigste magnetfelt - forskere satte ny rekord

Superkraftige magnetfelt gjør det mulig å studere materialer på nye måter.

  • Industri

Generering av enormt kraftige magnetfelter er noe som har blitt studert siden det amerikanske atombombeprosjektet under andre verdenskrig, og som på 1950-tallet bare ble gjennomført av Sovjetunionen (Russland) og USA.

Siden er andre land – og ikke minst Japan – kommet godt i gang innenfor dette feltet, og det er i Japan at en ny imponerende rekord nå har blitt satt.

Her har forskere fra Tokyo universitet generert et magnetfelt med en styrke på 1200 tesla. Resultatet er beskrevet i en ny artikkel i Review of Scientific Instruments.

Dette er ikke den absolutte rekorden – den tilhører russerne, som i 2001 kom opp til 2800 tesla. Men det skjedde ved bruk av sprengstoff, og foregikk utendørs.

Japanerne har nå innendørsrekorden, og den er satt under fullt kontrollerbare forhold.

For å sette styrken i perspektiv, er feltstyrken av Jordens magnetfelt omkring 50 mikrotesla, og de superledende magnetene ved Cern produserer en feltstyrke på 8 tesla.

Laser, eksplosjon eller elektromagnetisme

Ekstremt høye feltstyrker på over 1000 tesla gir mulighet for å studere materialer på helt nye måter. Dette er også et felt som er særlig relevant for forskning på fusjonsenergi.

Men det finnes flere metoder for å generere høye feltstyrker.

Det er for eksempel mulig ved bruk av kraftige lasere, selv om disse bare klarer å levere høye feltstyrker i noen få nanosekunder.

En annen teknikk er å generere et magnetfelt i en metallsylinder, og deretter presse sylinderen sammen. Dermed blir feltstyrken større i et mindre område, og den høye feltstyrken kan opprettholdes i mikrosekunder eller lengre.

Sammenpressingen eller implosjonen av metalsylinderen kan skje ved av sprengstoffer. Det var dette russerne brukte i sitt rekordforsøk, som ble rapportert i 2001.

Ulempen er selvfølgelig at man ikke har så mye kontroll over eksperimentet, og hele oppsettet ødelegges ved forsøket.

Prinsippet for elektromagnetisk flukskompresjon. Med de sekundære spolene genereres det et magnetfelt som er omsluttet av den røde metalsylinderen, eller «lineren». Til den grå spolen, som omgir metallsylinderen, ledes en kraftig strøm på flere millioner ampere. Det gir mulighet for en kraftpåvirkning på metallsylinderen, som presses sammen. Illustrasjon: Tokyo universitet

En annen måte er å foreta sammenpressingen basert på elektrisk energi som kan lagres i store kondensatorer.

Denne energien kan sendes til en spole som omslutter metallsylinderen, og som på forhånd har et magnetfelt på noen få tesla. Magnetfeltet i spolen vil gi en kraftpåvirkning på metallsylinderen, som presses sammen med en fart på opptil noen få kilometer i sekundet, noe som får feltstyrken til å øke.

Denne teknikken kan reguleres helt nøyaktig, og det er mulig å opprettholde den høye feltstyrken i nærheten av 1000 tesla i omkring 100 mikrosekunder.

Metoden går under navnet elektromagnetisk flukskompresjon, eller EMFC etter den engelske forkortelsen.

Presses sammen med 5 km i sekundet

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

Dette er med på å presse sammen en kobbersylinder med en opprinnelig indre diameter på 116 mm og en tykkelse på 1,5 m til en indre diameter på 2,7 mm.

Hastigheten som metallsylinderen imploderer med er 5000 m/s. Dette øker den magnetiske feltstyrken fra opprinnelig 3,2 tesla til 1200 tesla i sylinderens hulrom.

Her vises den magnetiske feltstyrken som en funksjon av tiden. (B_pc og B_FR angir to metoder for bestemmelse av feltstyrken, hvorav bare den ene virker ved de høyeste feltstyrkene). Den svarte ringen angir metallsylinderen (på engelsk kalt en «liner»), som omgir magnetfeltet, som presses sammen. Metallsylinderen trykkes sammen av et magnetfelt, som dannes av en elektrisk strøm som går i en spole som omgir metallsylinderen. Illustrasjon: Tokyo universitet

Kommentarer (8)

Kommentarer (8)