1200 tesla: V Japonsku spustili nejsilnější kontrolovaný magnet světa  
Tým Tokijské univerzity postavil extrémní elektromagnet, se kterým pokořili magickou hranici 1000 tesla. Takto ohromující magnetické pole přitom udrží asi 100 mikrosekund, což je mnohem déle, než při generování supersilného magnetického pole mohutnými explozemi anebo lasery.
Aktivace extrémního magnetického pole stála za to. Kredit: Shojiro Takeyama.
Aktivace extrémního magnetického pole stála za to. Kredit: Shojiro Takeyama.

Na Tokijské univerzitě mají zabezpečenou místnost, která ukrývá skutečně extrémní objekt. Je to nevídaný elektromagnet, který je jako zbraň hromadného ničení. Když ho spustili naposledy, tak zdevastoval těžké dveře, které ho měly uzavírat. Tahle věc umí vytvořit jedno z nejsilnějších magnetických polí, jaké jsme kdy viděli na Zemi. A síla zmíněného elektromagnetu stále roste.

 

Shojiro Takeyama. Kredit: University of Tokyo.
Shojiro Takeyama. Kredit: University of Tokyo.

Jak nedávno se svými kolegy napsal vedoucí výzkumu Shojiro Takeyama do časopisu s příznačným jménem Review of Scientific Instruments, jejich tým zaznamenal významný rekord. Se zmíněným extrémním elektromagnetem se jim podařilo vytvořit magnetické pole o síle (přesněji řečeno magnetické indukci) 1 200 tesla. Jeho sílu změřili laserovým systémem.

 

Říct, že 1 200 tesla je strašlivě silné magnetické pole, by bylo slabé slovo. Je to přímo šílené magnetické pole, které se vymyká běžné lidské představivosti. Nejsilnější magnet, se kterým se většina lidí za život potká, se nachází uvnitř stroje na magnetickou rezonanci. A ty nejpokročilejší a nejvýkonnější magnetické rezonance, které jsou někdy až nebezpečné, udělají magnetické pole tak kolem 3 tesla. Magnetické pole naší planety, podle kterého se orientují kompasy, má sílu směšných 25 až 65 mikrotesla.

 

Extrémní magnet na Tokijské univerzitě těsně před spuštěním. Kredit: Shojiro Takeyama.
Extrémní magnet na Tokijské univerzitě těsně před spuštěním. Kredit: Shojiro Takeyama.

Překročení magické hranice 1 000 tesla je pro magnetické inženýry velkolepým úspěchem. Takeyama k tomuhle cíli směřoval od sedmdesátých let, a teď může slavit. Aby Takeyamův tým dosáhl síly magnetického pole 1 200 tesla, tak musel napumpovat megajouly energie do malé elektromagnetické cívky. Její vnitřní část se přitom zhroutila bleskovou rychlostí Mach 15, tedy 5 kilometrů za sekundu. Když se taková cívka hroutí, tak přitom dochází ke stlačování magnetického pole uvnitř, až jeho síla dosáhne snových hodnot. O zlomek sekundy později se se cívka kompletně zhroutila a zničila sama sebe. Až na destrukci dveří by prý měl experimentální systém přežít bez větších následků.

 

Experiment s magnetickým polem 1 200 tesla vyžadoval dodání energie 3,2 megajoulů. Takeyama je přesvědčen, že když do svého ultimátního elektromagnetu pustí 5 megajoulů energie, tak by mohli vytáhnout jeho výkon až na 1 800 tesla. V současnosti na tom pracují a ladí především věci kolem bezpečnosti celého zařízení.

 

Jak vypadá experiment s extrémním magnetem uvnitř. Kredit: Shojiro Takeyama.
Jak vypadá experiment s extrémním magnetem uvnitř. Kredit: Shojiro Takeyama.

Podle Takeyamy je jejich experimentu nejpodobnější generování magnetických polí chemickou explozí. Ve druhé polovině 20. století američtí a ruští vědci nechávali explodovat nálože kolem elektromagnetů, aby tím stlačili jejich magnetická pole. Na velmi krátkou dobu tím vytvořili nesmírně silná magnetická pole, až do 2 800 tesla. Takové experimenty ale není možné dělat v laboratoři, a také je velice obtížné přesně změřit jejich výsledky.

 

Další možností je použít ke generování supersilných magnetických polí lasery. Podle Takeyamy jsou ale takto vytvořená magnetická pole nesmírně malá a existují jenom po superkrátkou dobu, kterou lze měřit v nanosekundách. Magnetické pole Takeyamova týmu sice není až tak silné, ale badatelé ho udrží mnohem déle, kolem 100 mikrosekund. Pro nás je to sice jenom mžik, ale vědci za tu dobu stihnou spoustu věcí.

 

Proč vlastně Takeyama a spol. postavili takové nebezpečné monstrum? Jejich cílem je zkoumat vlastnosti elektronů, které nejsou v běžných podmínkách patrné. Hodlají do svého stroje na supersilné magnetické pole strkat různé materiály, a pak budou sledovat, jak se v extrémním magnetickém poli chovají elektrony v těchto materiálech. Takeyamův magnet by tak měl přispět k vývoji nových typů elektroniky a rovněž bude prospěšný ve vývoji zařízení pro tolik očekávanou fúzní energetiku.

Literatura
University of Tokyo 18. 9. 2018, Live Science 24. 9. 2018, Review of Scientific Instruments 89: 095106.

Datum: 26.09.2018
Tisk článku

Související články:

Jak vznikají nejsilnější magnetická pole vesmíru?     Autor: Stanislav Mihulka (31.07.2013)
Veliké a záhadné magnetické hvězdy     Autor: Stanislav Mihulka (11.09.2015)
Sloupy stvoření vyztužuje magnetické pole     Autor: Dagmar Gregorová (14.06.2018)



Diskuze:

deformace

Pavel Nedbal,2018-09-27 21:09:16

Proč uvádějí implozi cívky?, když vodiče protékané elektrickým proudem mají tendenci vlivem jeho magnetického pole k jeho "narovnání". Viděl jsem z poměrné blízkosti zkrat na VN, kde bylo vidět, jak se i pásové propojení snaží dosáhnout co největšího poloměru. Nebo oblouk při rozpojení silného proudu je magnetickým polem rozfouknut. Není mi jasná konfigurace, nepochopil.

Odpovědět


Re: deformace

Pavel Hudecek,2018-09-28 13:00:59

Magnetické pole se ve skutečnosti nesnaží rovnat dráty, ale zkrátit si cestu. To sice v některých situacích vede k rovnání drátů, ale ne vždy. Stejně tak u těch oblouků, ty se dají magneticky rozfukovat, pokud je k tomu vhodná konfigurace, třeba ve stykačích a jističích, ale když necháte hořet pořádnej oblouk, začne se v důsledku stejného jevu po celé délce kroutit (najděte si na Youtube "500 kv switch").

V případě cívek se pak pole chová tak, že je to jako kdybyste cívkou prostrčil provázky po směru siločar a začal utahovat. Samozřejmě to není tak jednoduché a část pole neleze spořádaně celou cestou, takže když vezmete velkej kondík a malinkou cívečkou proženete třeba 50 kA, tak nejpravděpodobnější výsledek je chaoticky zamotaná koule, jejíž součástí je pár komprimovaných částí cívky. Ale když se to bude trochu optimalizovat...

Odpovědět


Re: Re: deformace

Josef Hrncirik,2018-09-28 22:03:27

Z definice ampéru je vidět, že 2 vodiče se souběžnými proudy se přitahují;
s protichůdnými odpuzují.
V el. mag dělu se cívka výboje snaží roztáhnout a proud uzavírající příčka (projektil) posunovat pryč; Mnemotechnicky zvyšování hustoty siločar pole působí jako zvyšování tlaku pole.
Závit cívky se snaží příčně (radiálně) roztáhnout (jako v málo pevném el. mag. děle).
2 závity vedle sebe se naopak přitahují k sobě v podélné ose cívky.
Asi by se dalo uvažovat: snížit energii systému při daném proudu lze snížením indukčnosti systému. Vzniknou tedy síly vedoucí ke snížení indukčnosti (mag. energie v poli).
Pole pochopitelně nevzniká jen v lokalizované cívce, ale i daleko od ní a v celém systému přívodů.
Základní otázka tedy je, jaký podíl energie je zmařen odpory a v slabém poli cca přívodů a vzdálenější oblasti od cívky?
Gradient růstu magnetického pole pochopitelně vyvolá gradient růstu elektrického pole a vyšle to velmi silnou elektrojiskrovou depeši.
? jaké energie a cca frekvence a dekrementu útlumu?
Je to odrušeno podle ČEN?

Odpovědět

EPFCG

Bender Rodriquez,2018-09-27 14:53:38

Zdravím páni ,
Keby použili "Explosively pumped flux compression generator" (EPFCG) ako zdroj namiesto kapacitorov ,bola by účinnosť a miera uloženej energie vačšia ,alebo nie?
Teda podľa mňa už tento EPFCG by bolo možné spáchať doma v garáži a otestovat niekte na lúke.
No zrejme bez presného merania veličín.

přeji hezkej Mad Day

:o)

Odpovědět


Re: EPFCG

František Souček,2018-09-27 15:05:03

Ale jasně, jen je třeba počítat s tím, že to natáhne hodinky celýmu městu.

Odpovědět


Re: Re: EPFCG

Pavel Hudecek,2018-09-28 13:04:14

Obávám se, že u prvního domácího pokusu je nejpravděpodobnější větší dosah klasických explozivních efektů, než těch elektrických. Takže spíš celému městu vymlátí okna:-)

Odpovědět


Re: EPFCG

Pavel Hudecek,2018-09-28 12:46:40

U té explozivní komprese se ovšem taky začíná tím, že se do cívky vybije velkej kondenzátor:-) Domácí výroba je trochu problém, chce to pořádně rychlou výbušninu. Hexogen nebo pentrit jsou na dolní hranici použitelnosti.

Odpovědět


Re: EPFCG

Bender Rodriquez,2018-09-28 13:06:44

ešte ma napadlo , čím zopnú celý ten joulamy nadržaný obvod , tyristor to asi nebude (?)

Odpovědět


Re: Re: EPFCG

Pavel Hudecek,2018-09-28 16:01:48

Tyhle věci se klasicky spínají jiskřištěm. Např. dvě ploché elektrody proti sobě, jedna provrtaná a v dírce pomocná elektroda. Na tu je připojený zapalovací transformátor (něco jako do fotoblesku, ale obvykle větší). Do trafa se vybije menší kondík (zapne se tyristorem, výkonovým MOSFETem, nebo IGBT), v dírce se zapálí výboj a jeho vlastní magnetické pole ho vyžene mezi hlavní elektrody.

Odpovědět


Re: Re: Re: EPFCG

Bender Rodriquez,2018-10-01 09:56:40

pripadá mi to dosť pomalé pre zopnutie.
myslel som si že to bude nejaký klasický spôsob zopnutia pneumatic HV switch/relay ,alebo paralelné zapojené polovodičové HV silicon-carbid mosfety ...

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: EPFCG

Pavel Hudecek,2018-10-01 21:16:36

Mechanické spínače se pro tento účel naprosto nehodí, protože průběh zapalování výboje mezi kontakty má při spojitém přibližování dost náhodný začátek i následující průběh. Naopak ty metody s aktivním zapalováním výboje jsou velmi rychlé (desítky ns a míň) a mají velmi přesně definovaný průběh (opakovatelnost spínacího času v řádu 1 ns). V tomhle ohledu je tento typ spínání zatím nepřekonatelný. VN polovodiče si o ns můžou nechat tak akorát zdát.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: EPFCG

Bender Rodriquez,2018-10-04 08:48:40

dakujem Vám pán Hudeček za vysvetlenie , už tomu rozumiem ... pre komplexnost ešte som dogooglil info.

Odpovědět

Kontrolovaně vypařili cívku, a vyrazili dveře pomocí 7 m3 kondenzátorů na doraz nabitých

Josef Hrncirik,2018-09-27 08:28:30

Pokud by však energie kondenzátorové baterie 3,2 MJ (cca 0,8 kg TNT) byla se 100% účinností přeměněna do energie magnetického pole 1200 T, měli by ho vyrobit cca 5,6 cm3 (tohoto pole trvale).
Není jasné jaký objem tohoto pole skutečně vytvořili (jaká byla účinnost převedení energie kondenzátorů do mag. pole), jak dlouho jim to pole vydrželo (poločas poklesu síly pole).
Kdyby explodující (vypařenou) cívku obklopili heliovou vodní (pivní) pěnou, nemuseli by si po každém pokusu kupovat nové dveře.
Určitě by dveře zachránil i systém kmitajících (vzájemně odpružených kovových plátů) nejlépe při vakuu či alespoň malém tlaku v komoře).
Vyrazil bych s nimi dveře.

Odpovědět


Re: Kontrolovaně vypařili cívku, a vyrazili dveře pomocí 7 m3 kondenzátorů na doraz nabitých

Milan Krnic,2018-09-27 14:07:42

"The peak magnetic field intensity at the turn-around point was calculated to be 1200 T."
C A L C U L A T E D
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5044557
Tedy byste tématicky pouze vypočítal, jak s nimi vyrazit dveře.

Odpovědět


Kontrolovaně bych je vypařoval laserovým systémem, který v odst. 2 pole změřili a vyhnal by je zavřenými dveřmi do rýžovišť

Josef Hrncirik,2018-09-30 09:12:18

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace