Missä tahansa elokuvassa tai sarjakuvassa, jossa esiintyy hullu tiedemies, he kääntävät kytkimen tai sekoittavat kaksi kemikaalia ja puomivat, laboratorio räjähtää ja savu tyhjenee ulos ikkunoista ja ovista. Todellisuudessa ainakin nykyaikana laboratorio räjähdyksiä ei pidä lainkaan. Mutta hiljattain Tokiossa suoritettu sähkömagneettisuuskoe tuotti vahvimman hallitun magneettikentän, jonka koskaan on luotu, kertoo Samuel K. Moore IEEE Spectrumista, joka on riittävän voimakas laboratorion räjähdysovien avaamiseen.
Iso isku tuli, kun Tokion yliopiston tutkijat pumppaisivat 3, 2 megajoulea sähköä erityisesti suunniteltuun kelaan tuottamaan massiivisen magneettikentän. Vaikka tutkijat toivoivat kentän saavuttavan 700 tesalia, yksikkö mittasi magneettisen vuon tiheyttä tai epävirallisesti magneettikentän voimakkuutta. Sen sijaan kenttä saavutti 1200 teslaa. Se on noin 400 kertaa vahvempi kuin tehokkain MR-kone, joka tuottaa kolme kiveä. Tuloksena oleva räjähdys taivutti rautakaapin ylös, laite suljettiin sisään ja räjäytti metalliovet.
”Suunnittelin rautakotelon kestämään noin 700 T: tä”, kertoo fyysikko Shojiro Takeyama, tutkimuksen vanhempi tekijä lehdessä Review of Scientific Instruments, Moore. ”En odottanut sen olevan niin korkea. Ensi kerralla teen siitä vahvemman. ”
Onneksi tutkijat itse vietiin ohjaushuoneeseen, joka oli suojattu räjähdykseltä.
Joten mitä Takeyama ja hänen kollegansa tekivät vapauttamalla massiiviset magneettipuomit Tokion keskellä? Rafi Letzer LiveScience -sivustolta selittää, että tutkijat ovat seuranneet yhä suurempia hallittuja magneettikenttiä useiden vuosikymmenien ajan. Takeyama on yrittänyt voittaa 1 000 teslan tason viimeiset 20 vuotta saavuttaen tavoitteen tällä uudella laitteella.
Pohjimmiltaan, sähkömagneetti on sarja putkia, jotka koostuvat kelasta, jonka sisällä on kuparin sisäkela. Kun valtavia määriä sähköä johdetaan kelojen läpi, sisäkela romahtaa itsestään nopeudella Mach 15, joka on yli 3 mailia sekunnissa. Kelassa oleva magneettikenttä puristuu tiiviimmin, kunnes se saavuttaa uskomattoman korkean tason. Sitten, murto-sekunnissa, koko asia romahtaa, mikä johtaa räjähdykseen. Hieman enemmän suunnittelua ja vahvempia ovia tiimi uskoo voivansa työntää laitteensa 1800 teslaan.
Tämä ei ollut suurin ihmisten aikaansaama magneettikenttä. Jotkut supervahvat kentät ovat laserien tuottamia, mutta ovat niin pieniä ja lyhytaikaisia, että niitä on vaikea tutkia tai käyttää. Takeyama kertoo Letzerille, että historiallisesti amerikkalaiset ja venäläiset tutkijat ovat tehneet joitain laajamittaisia ulkotestijä, joissa on käytetty magneettikäämien ympärille pakattuja voimakkaita räjähteitä ja jotka ovat tuottaneet kenttiä jopa 2800 tesalia. Mutta nämäkin ovat epätäydellisiä.
"He eivät voi suorittaa näitä kokeita sisälaboratorioissa, joten yleensä ne suorittavat kaiken ulkona, kuten Siperia pellolla tai jossain erittäin laajassa paikassa Los Alamosissa (New Mexico)", hän sanoo. "Ja he yrittävät tehdä tieteellisen mittauksen, mutta näiden olosuhteiden vuoksi on erittäin vaikeaa tehdä tarkkoja mittauksia."
Ryhmän työkalua voidaan kuitenkin käyttää kontrolloidussa laboratorioympäristössä ja se tuottaa suhteellisen suuren kentän, hiukan alle nanometrin, joka on tarpeeksi suuri tekemään todellista tiedettä. Lehdistötiedotteen mukaan tavoitteena on tuottaa hallittu magneettikenttä, jota fyysikot voisivat käyttää. Toivomme, että kenttä voidaan hallita tarpeeksi hyvin, jotta materiaalit voidaan sijoittaa pienen kentän sisälle, jotta tutkijat voivat viedä elektronit "kvanttirajaansa", jossa hiukkaset ovat kaikki perustilassaan, paljastaen ominaisuudet, jotka tutkijoilla on vielä löytää. Tällöin isompi on parempi.
"Yleisesti ottaen, mitä korkeampi kenttä, sitä suurempi mittaustarkkuus on", Takeyama kertoo Moorelle IEEE: llä.
Toinen mahdollinen sovellus - kun he saavat räjähdykset järjestelmää hyödyntämään - on käyttö fuusioreaktoreissa, sellaista energiaa tuottavaa laitetta, jossa plasma pidetään vakaana käyttämällä voimakasta magneettikenttää sen vety sulakeina, jolloin syntyy samanlainen reaktio kuin aurinko ja tuottaa melkein rajaton puhdasta energiaa. Julkaisun mukaan tutkijoiden mielestä heidän on kyettävä hallitsemaan 1 000 teslan magneettikenttä jatkuvan ydinfuusion tuottamiseksi.
