最近,总部位于佛罗里达州立大学的国家高磁场实验室的研究人员利用一个小而紧凑的线圈创造出迄今为止世上最强的磁场。只有卷筒纸尺寸大小的磁铁,厚度甚至1厘米不到,在直流磁场中重置该磁铁,可以产生出超过此前记录0.5特斯拉的磁场。
这种微型电磁铁是由MagLab的工程师Seungyong Hahn领导的团队发明的,它产生了创世界纪录的45.5特斯拉的磁场,这个磁场强度是普通MRI(核磁共振)磁场的20倍,普通MRI的磁场强度只有2或3个特斯拉。
在此之前,MagLab已经拥有世界上最强的连续磁铁,用于45特斯拉的混合动力车,它结合了11.5特斯拉的超导磁铁和33.5特斯拉的电阻磁铁。虽然这一次研究团队的新成果看起来并不是一个巨大的跳跃,但它为制造基于超导原理的更强磁铁铺平了道路。
这种磁铁中的超导体是由一种称为REBCO(稀土钡铜氧化物)的新型化合物制成,与45特斯拉的混合动力汽车中使用的铌基超导体相比,它的电流是其两倍。电流密度的提升至关重要,因为电流通过电磁铁产生磁场,如果电流越大,那么产生的磁场就越强。
它的重量只有390克(约0.86磅),看起来有点像一叠薄金属条包裹的扁平圆盘。
现在普遍使用的电磁铁的导电层之间包含绝缘层,导电层沿着最有效的路径引导电流。这种结构增加了电磁铁的重量和体积。但研究团队发明的这种新型磁铁,是一种没有绝缘层的超导磁体。除了外表更为光滑以外,这种设计有效的保护了磁铁免受淬火现象的困扰。
当导体中存在损坏或缺陷时,电流不能再按照指定路径通过,这时就会发生淬火,导致材料发热并失去其超导性能。如果这时没有绝缘层,电流会沿着不同的路径流动,从而避免了淬火。
研究人员介绍说:因为线圈的匝间没有彼此绝缘,这意味着它们可以非常容易且有效地共享电流,以便绕过任何可能的障碍。在基础科学应用中,这种强磁场最为实用,例如新材料研究,医学诊断和粒子物理研究等诸多领域。