最近,總部位于佛羅里達(dá)州立大學(xué)的國家高磁場實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用一個(gè)小而緊湊的線圈創(chuàng)造出迄今為止世上最強(qiáng)的磁場。只有卷筒紙尺寸大小的磁鐵,厚度甚至1厘米不到,在直流磁場中重置該磁鐵,可以產(chǎn)生出超過此前記錄0.5特斯拉的磁場。
這種微型電磁鐵是由MagLab的工程師Seungyong Hahn領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)明的,它產(chǎn)生了創(chuàng)世界紀(jì)錄的45.5特斯拉的磁場,這個(gè)磁場強(qiáng)度是普通MRI(核磁共振)磁場的20倍,普通MRI的磁場強(qiáng)度只有2或3個(gè)特斯拉。
在此之前,MagLab已經(jīng)擁有世界上最強(qiáng)的連續(xù)磁鐵,用于45特斯拉的混合動(dòng)力車,它結(jié)合了11.5特斯拉的超導(dǎo)磁鐵和33.5特斯拉的電阻磁鐵。雖然這一次研究團(tuán)隊(duì)的新成果看起來并不是一個(gè)巨大的跳躍,但它為制造基于超導(dǎo)原理的更強(qiáng)磁鐵鋪平了道路。
這種磁鐵中的超導(dǎo)體是由一種稱為REBCO(稀土鋇銅氧化物)的新型化合物制成,與45特斯拉的混合動(dòng)力汽車中使用的鈮基超導(dǎo)體相比,它的電流是其兩倍。電流密度的提升至關(guān)重要,因?yàn)殡娏魍ㄟ^電磁鐵產(chǎn)生磁場,如果電流越大,那么產(chǎn)生的磁場就越強(qiáng)。
它的重量只有390克(約0.86磅),看起來有點(diǎn)像一疊薄金屬條包裹的扁平圓盤。
現(xiàn)在普遍使用的電磁鐵的導(dǎo)電層之間包含絕緣層,導(dǎo)電層沿著最有效的路徑引導(dǎo)電流。這種結(jié)構(gòu)增加了電磁鐵的重量和體積。但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明的這種新型磁鐵,是一種沒有絕緣層的超導(dǎo)磁體。除了外表更為光滑以外,這種設(shè)計(jì)有效的保護(hù)了磁鐵免受淬火現(xiàn)象的困擾。
當(dāng)導(dǎo)體中存在損壞或缺陷時(shí),電流不能再按照指定路徑通過,這時(shí)就會(huì)發(fā)生淬火,導(dǎo)致材料發(fā)熱并失去其超導(dǎo)性能。如果這時(shí)沒有絕緣層,電流會(huì)沿著不同的路徑流動(dòng),從而避免了淬火。
研究人員介紹說:因?yàn)榫€圈的匝間沒有彼此絕緣,這意味著它們可以非常容易且有效地共享電流,以便繞過任何可能的障礙。在基礎(chǔ)科學(xué)應(yīng)用中,這種強(qiáng)磁場最為實(shí)用,例如新材料研究,醫(yī)學(xué)診斷和粒子物理研究等諸多領(lǐng)域。