Импульсные магниты: краткие яркие моменты
В чём суть? Они жертвуют временем ради мощности. Вместо постоянного поля они создают колоссальный всплеск энергии длительностью от миллисекунд до микросекунд.
Импульсные магниты: краткие яркие моменты
Итак, 45 тесла — это наибольшая напряжённость поля, когда-либо достигнутая магнитом?
И да, и нет. Это самая высокая напряжённость постоянного поля, когда-либо достигнутая магнитом. Но импульсный магнит может достигать гораздо большей напряжённости. Но есть и компромисс: поле существует всего несколько секунд или меньше.
В лаборатории магнитов имеется несколько таких магнитов, разработанных и изготовленных в Таллахасси, а затем доставленных для эксплуатации в лабораторию импульсных полей Лос-Аламосской национальной лаборатории. Разработчикам приходится тщательно подбирать материалы, учитывая невероятные напряжения и тепло, создаваемые такими мощными магнитными полями.
Импульсные магниты бывают двух типов: разрушающие и неразрушающие , последние из которых мы обсудим в первую очередь.
Неразрушающие магниты могут быть короткоимпульсными и длинноимпульсными . Разделение на «короткий» и «длинный» относится к длительности действия магнитного поля. В данном контексте «длинный» — это относительное значение, не превышающее 2 секунды. «Короткий» измеряется в миллисекундах. Магниты с длинными импульсами приводятся в действие мотор-генератором, а магниты с короткими импульсами питаются от конденсаторов. В обоих случаях они работают практически одинаково.
Физический факт
Невероятная напряжённость поля, достигаемая этими разрушительными импульсными магнитами, заканчивается раньше, чем палец оператора отрывается от кнопки «Вкл.» менее чем за 10 микросекунд. Микросекунда равна 0,000001 секунды.
Эти магниты впечатляют своими полями и количеством энергии, которое они при этом потребляют. Самый мощный неразрушающий магнит в лаборатории Magnet Lab создаёт поле 100 тесла . При включении этот многоразрядный магнит содержит энергию более 100 динамитных шашек и является самым мощным магнитом такого типа в мире. Разработчики магнитов продолжают совершенствовать этот магнит, запущенный в эксплуатацию в октябре 2006 года, в надежде, что в конечном итоге он достигнет 100 тесла. Проект финансируется Министерством энергетики США и Национальным научным фондом.
Если вы окажетесь поблизости во время работы одного из этих магнитов, обязательно наденьте беруши. Он издаёт такой вопль, что его можно сравнить с визгом разъярённого Годзиллы. Это происходит потому, что эти колоссальные магнитные силы создают огромное давление, порядка 200 000 фунтов на квадратный дюйм. Это одна из причин, по которой магнит работает так недолго: если бы он работал дольше, он бы либо не выдержал давления, либо расплавился от колоссального жара, выделяемого всей этой энергией.
Хотя учёные обычно стараются не разрушать своё оборудование, иногда они готовы пойти именно на это в обмен на феноменальное магнитное поле. Более того, в разрушительных магнитах учёные фактически детонируют взрывчатку вокруг импульсного магнита одновременно с его включением. Это сжимает и усиливает магнитное поле до 1000 тесла за несколько микросекунд , прежде чем всё это взорвётся. Вот что называется временным магнитом!
Вы, возможно, зададитесь вопросом, в чём смысл такого эксперимента: в конце концов, вы не просто взрываете магнит, вы разрушаете весь свой эксперимент! По правде говоря, некоторые деструктивные магниты (так называемые одновитковые магниты) на самом деле не взрываются, а выбрасываются наружу , сохраняя образец. Для тех магнитов, которые всё-таки взрываются, учёные научились измерять и собирать данные в течение микросекундного окна возможностей, так что, в конце концов, не всё потеряно!
Итак, вот вам: от вашего холодильника до отделения МРТ в больнице, от бесконечно малого электрона до 35-тонного гибрида MagLab. Магниты и их поля повсюду, они активно работают в бесчисленном множестве способов и форм. Это наша история, и мы её придерживаемся!
Выражаем благодарность научному консультанту этой статьи, заместителю директора лаборатории Эрику Палму
