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MagLab由美国国家科学基金会和佛罗里达州资助。爱游戏提现客服

用迷你磁铁,国家磁实验室创造了世界纪爱游戏提现客服录的磁场

2019年6月12日发布

这个小线圈,大约是一个空卫生纸卷的大小,帮助科学家实现了持续磁场的新的世界纪录,45.5特斯拉。线圈是用一种叫做稀土钡铜氧化物(REBCO)的超导体缠绕的,然后用白色玻璃纤维胶带包裹。
这个小线圈,大约是一个空卫生纸卷的大小,帮助科学家实现了持续磁场的新的世界纪录,45.5特斯拉。线圈是用一种叫做稀土钡铜氧化物(REBCO)的超导体缠绕的,然后用白色玻璃纤维胶带包裹。

这种紧凑的线圈可能会为生物医学研究、核聚变反应堆和其他许多应用带来新一代磁铁。

联系人:克里斯汀·罗伯茨大卫Larbalestier

塔拉哈西,佛罗里达州。任何与重量级拳手同台的羽量级拳手,要么是疯子,要么就是死定了。然而,最近在美国国家强磁场实验室(Nati爱游戏体爱游戏提现客服育是什么onal High Magnetic Field Laboratory)就发生了这样的事情:一块只有用过的厕纸卷一半大小的新型磁体,从这个占据了20年之久的金属巨人手中夺走了“世界最强磁场”的头衔。

2019年十大突破

这一发现被选为2019年十大突破之一物理世界

而且,它的制造商说,我们还没有看到什么:通过将一个异常强的磁场磁铁装入一个可以装在钱包里的线圈中,MagLab的科学家和工程师已经展示了一种方法,可以制造和使用比以前更强、更小、更多功能的电磁铁。他们的工作概述在一文章今天发表在杂志上自然

“我们真的打开了一扇新的门,”MagLab工程师Seungyong Hahn说,他是新磁铁的策划者,也是纽约理工大学的教授FAMU-FSU工程学院.“由于其紧凑的特性,这项技术有很大的潜力完全改变高油田应用的视野。”

国家磁实验室主任格雷格·勃宾格说,这种新磁铁是磁实验室传统歌利亚的勇敢大卫。爱游戏提现客服

他说:“这确实是一个微型化的里程碑,它对磁铁的影响可能就像硅对电子产品的影响一样。”“这项创造性的技术可以让小磁铁在粒子探测器、核聚变反应堆和医学诊断工具等领域发挥重要作用。”

佛罗里达州立大学负责研究的副校长加里·奥斯特兰德(Gary Ostrander)说,这一新纪录是对教师的独创性和实验室研究的跨学科性质的致敬。

“我们的研究人员在这里设计了一项了不起的壮举,”他说。“这项技术确实表明,我们的师资力量与实验室的资源相结合,可以产生一些特别的东西。”


新材料,新设计

哈恩和他的团队创造的微型磁铁产生了创世界纪录的45.5特斯拉磁场,科学家们以特斯拉为单位进行测量:一个典型的医院MRI磁铁大约是2或3特斯拉,而世界上最强的连续磁场磁铁是MagLab自己的45-tesla混合自1999年以来,35吨重的庞然大物“仪器”一直保持着这一记录。

45-T,正如它被称为,仍然是世界上最强的工作磁体,使尖端物理研究材料。但在一次测试中,哈恩发明的半品脱大小的磁铁,秤重390克(0.86磅),短暂地超过了卫冕冠军半特斯拉,这是一个令人信服的概念证明。

“Little Big Coil”团队包括(从左到右)David Larbalestier, Seungyong Hahn和Iain Dixon。

“Little Big Coil”团队包括(从左到右)David Larbalestier, Seungyong Hahn和Iain Dixon。

这么小的东西怎么能形成这么大的区域?通过使用一种有前途的新型导体和一种新颖的磁体设计。

让我们先谈谈售票员。45-T磁体和45.5-T测试磁体都部分由超导体构成,超导体是一类具有特殊性质的导体,包括具有完美效率的导电能力。

45-T中使用的超导体是铌基合金,这种合金已经存在了几十年。但在45.5 t的原理证明磁体中,Hahn的团队使用了一种名为REBCO(稀土钡铜氧化物的缩写)的较新的化合物,与传统超导体相比,它有许多优点。值得注意的是,REBCO可以携带的电流是相同尺寸的铌基超导体的两倍多。电流密度是至关重要的:毕竟,通过电磁铁的电流会产生电场,所以你塞得越多,电场就越强。同样关键的是所使用的特定REBCO产品:由super Inc.生产的纸薄胶带状电线。MagLab首席材料科学家David Larbalestier,同时也是FAMU-FSU工程学院的教授,看到了该产品有望将更大的功率填充到潜在的世界纪录磁铁中,并鼓励Hahn尝试一下。

因此,形成磁带并缠绕成线圈的REBCO对于新磁铁的世界纪录性能至关重要。另一个关键成分不是他们放进去的而是他们留下的东西:绝缘。


没有绝缘?没问题!

今天的电磁铁在导电层之间包含绝缘,这将电流引导到最有效的路径。但它也增加了重量和体积。哈恩的创新:超导磁体没有绝缘。除了产生一个更光滑的仪器,这种设计保护磁铁从故障被称为淬火.当导体中的损坏或缺陷将电流阻挡在其指定的路径上时,就会发生淬火,导致材料加热并失去超导性能。但是如果有没有绝缘,电流只是沿着不同的路径,避免了淬灭。

“线圈的匝匝之间不绝缘的事实意味着它们可以非常容易和有效地共享电流,以绕过任何这些障碍,”Larbalestier解释说自然纸。

哈恩的设计还有另一个与淬火有关的瘦身方面:超导导线和磁带必须加入一些铜,以帮助从潜在的热点散热。他的“无绝缘”线圈的特点是带子只有0.043毫米厚,比传统磁铁需要的铜少得多。

在MagLab资深工程师Iain Dixon的指导下,该团队快速连续构建了三个日益强大的原型,被称为Little Big Coil (LBC)系列。在此过程中,他们不断改进、解决问题,并使用了更好的超导体。

到了测试的时候,小线圈被放在一个更大、更强大的线圈里电阻磁铁(由铜和银制成,而不是超导体)。随着线圈的每一次迭代,两个磁铁的总磁场都在攀升,直到2017年8月,它们达到了预期的记录。研究小组将磁体推到极限——45.5特斯拉,其中14.4是由LBC产生的——然后分析数据,写下结果,并提交给自然

编辑们的回应是:出版物还没有准备好。世界纪录虽然令人印象深刻,但还不够。他们想要深入了解为什么无绝缘线圈在45.5 T下会淬火,以及这项新技术实际上会导致一个实际工作的磁铁的证据。

哈恩说:“说实话,我认为这是游戏的结束。“我们失败了自然."


失败的果实

科学家们知道,从理论上讲,REBCO可以继续在比测试结果高得多的领域运行。那么,是什么障碍阻止了他们在45.5吨时前进,他们能绕过这个障碍吗?

“他们挑战我们,”哈恩说。“我们对挑战做出了回应。”

研究小组拆卸了LBC,进行了一系列测试,收集了新的数据。他们认为,由于强磁场产生的机械应力,导体一定在某种程度上发生了变形。但具体在哪里,怎么去?他们能修好吗?

为了寻找答案,研究小组走到了技术的最前沿。

由于生产限制,REBCO磁带是在特定的宽度- 12毫米,或约半英寸制造的。然而,为了满足LBC的要求,这些胶带必须纵向切割至4毫米宽。即使非常小心,这也很难做到,因为REBCO非常脆弱。结果,在强磁场的机械应力作用下,被撕开的胶带两侧很容易开裂。

“这在这些实验中被完美地发现了,”Larbalestier说。“我们找到了一种控制这种损害的方法,那就是坚持要求我们购买的材料只有一个非狭缝边,并对非狭缝边进行定位走了从磁铁的中心。在这种情况下,到目前为止我们还没有看到损失。”

下一步呢?更多的研究和解决问题。哈恩的LBC设计目前正在考虑用于一种可能打破记录的未来超导磁体研发由国家科学基金会资助。爱游戏提现客服

“REBCO的根本问题在于,它是一种单丝导体,不能被完美地制造出来,”Larbales说