LANL gepulseerde magneet breekt de 100 Tesla magnetische pulsbarrière

Anonim

LANL gepulseerde magneet breekt de 100 Tesla magnetische pulsbarrière

Wetenschap

Brian Dodson

27 maart 2012

5 afbeeldingen

Het 1, 2 gigawatt motor-generatorsysteem dat de buitenste spoelen op de gepulseerde magneet van LANL 100 Tesla aandrijft

Ronde speelnummers zijn niet noodzakelijk belangrijke mijlpalen, maar ze stralen wel een onmiskenbare uitstraling uit. Dit was het geval toen onderzoekers van het Los Alamos National Laboratory (LANL) hun grootste gepulseerde magneet gebruikten om het 100 Tesla-merkteken (ongeveer 2 miljoen keer groter dan het aardmagnetisch veld) te kraken door een 100.75 Tesla magnetische puls te genereren zonder de magneet.

Magnetisch velden van ongeveer tien keer groter zijn eerder (heel kort) gegenereerd in explosief samengedrukte elektromagneten, maar de LANL 100 Tesla multi-shot magneet (zo genoemd als inspiratie voor hun uiteindelijke doel) levert een puls van ongeveer 15 milliseconden - ongeveer 2000 keer langer dan zijn explosief aangedreven broeders.

De LANL gepulseerde veldfaciliteit waar de LANL 100 Tesla multi-shot magneet zich bevindt, maakt deel uit van het National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL). De magneet bestaat uit een buitenste spoelset en een kleinere spoel die is ingebracht in het hoge veldgebied van de buitenste spoelset. De buitenste spoelset wordt aangedreven door een 1.200 megawatt motor-generator (in bedrijf is de generator in essentie kortgesloten over de buitenste spoelset), en de kleinere binnenste spoel wordt aangedreven door een 2, 6 megajoule condensatorbank. De 9 ton (8.164 kg) magneetspoelen worden ondergedompeld in vloeibare stikstof om resistieve verliezen en voor koeling te verminderen. Toch duurt het na een magnetische puls nog steeds ongeveer een uur voordat de magneet is afgekoeld.

Bovenaanzicht van de gepulseerde magneet met LANL 100 Tesla in de experimentele cryostaat

Hoogveld gepulseerde magneten hebben twee hoofdvijanden - warmte en druk - die beide het gevolg zijn van de immense stroom die door de magneetspoelen gaat. In het bijzonder is de magnetische druk die op de draden van de spoel inwerkt ongeveer vier gigapascals, een waarde die veel groter is dan de vloeigrens van de beschikbare geleiders. De feitelijke spanning van de LANL-magneet is ongeveer 30% van die waarde, de reductie die resulteert uit een ontwerp dat de magnetische spanning over een groter volume verdeelt.

Het probleem van technische magneten voor dergelijke sterke magnetische velden was voldoende onduidelijk dat een gepulseerde magneet van 80 Tesla werd gebouwd om het testen van het binnenste spoelsamenstel van de 100 Tesla-magneet mogelijk te maken. Aanzichten van deze testmagneet vóór gebruik en na 10 pulsen is leerzaam:

De LANL 80 Tesla gepulseerde testmagneet voor en na 10 pulsen

Uiteindelijk werden de technische problemen echter uitgewerkt door een gecombineerd programma van testen en simulatie.

Succes in het genereren van de verhoopte veldsterkten is natuurlijk welkom, maar de echte prijs ligt in het onderzoeken van de fysica van materie in magnetische velden die voorheen slechts voor een handvol microseconden beschikbaar waren. Sommige metingen duren eenvoudigweg langer dan dat, dus een heel nieuw regime van fysieke verschijnselen kan met deze magneet worden bestudeerd.

Sommige huidige problemen waarvoor hoge magnetische velden goed geschikt zijn als een experimentele probe omvatten supergeleiding en andere magnetisch geïnduceerde fase-overgangen, Fermi oppervlaktestudies, quantumfase-overgangen, magnetotransport en, natuurlijk, de tot nu toe onverwachte fysica die we altijd lijken te vinden wanneer kijken onder een nieuwe rots. De fysica, chemie en materiële wetenschappelijke gemeenschappen kijken reikhalzend uit naar deze nieuwe kijk op materiële verschijnselen.

In de onderstaande video wordt de poging tot wereldrecord vastgelegd. Het gehuil dat samenhangt met de bekrachtiging van de magneet is het geluid van een 1, 2 gigawatt motor-generator die bijna wordt uitgezet door plotseling kortgesloten te worden over de magneetspoelen.

Bronnen: LANL, LANL Rapport LA-UR-01-5259 (PDF), IEEE-transacties op toegepaste supergeleiding (2008)

Cutaway tekening van de LANL 80 Tesla gepulseerde testmagneet

Het 1, 2 gigawatt motor-generatorsysteem dat de buitenste spoelen op de gepulseerde magneet van LANL 100 Tesla aandrijft

Wetenschapper die de vloeibare stikstofstroom aan de gepulseerde magneet van LANL 100 Tesla aanpast

Bovenaanzicht van de gepulseerde magneet met LANL 100 Tesla in de experimentele cryostaat

De LANL 80 Tesla gepulseerde testmagneet voor en na 10 pulsen