德国制造出迄今最强人工磁场

2011-6-30 13:38 来源: 科技日报
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  据美国物理学家组织网6月29日(北京时间)报道,当地时间6月22日,德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心(HZDR)的研究人员制造出了强度为91.4特斯拉的磁场,打破数年前由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室所创造的89特斯拉的纪录,成为目前世界上最强的人造磁场。

  据隶属于该中心的德累斯顿强磁实验室负责人约阿希姆·沃斯尼察介绍,这一磁场强度大约是地球磁场强度(0.00005特斯拉)的183万倍,医用核磁共振成像仪磁场强度(0.5—3特斯拉)的近百倍。虽然如此高的磁场也是以电流通过铜线圈的方式产生的,但强磁场会影响电流将电流推离线圈,随着电流的增强,这种推力也会越来越大。对普通铜制线圈而言,当磁场强度达到25特斯拉的时就会使其四分五裂。如果磁场强度能达到100特斯拉,线圈中洛伦兹力所产生的压力将相当于标准大气压的4万倍,这种力量能像爆炸一样将整个线圈炸得七零八落。

  为了攻克这一难题,德累斯顿强磁实验室的谢盖尔·哲利岑和同事制造出了一个重达200公斤的双层线圈。该线圈的外部由钢套覆盖,高55厘米,直径32厘米,看起来如同一个水桶。

  为了抵御强大磁场所产生的洛伦兹力,研究人员采用了一种特殊的铜合金材料线圈,这种线圈可以承受相当于标准气压1万倍的压力。为了进一步保证强度,研究人员采用制造防弹背心的特殊纤维为这些合金增加了一层“安全外套”。通过这种结构,特制的线圈在0.02秒的时间内瞬间产生了50特斯拉的磁场。

  但50特斯拉磁场强度仍然无法满足实验的要求。为了达到更大的磁场强度,研究人员在第一层线圈外面又增加了12层铜线圈。这种普通铜线圈虽然只能承受相当于2500倍标准大气压的压力,但在外部束缚材料的作用下,短时电流脉冲也使其产生了大约40特斯拉的磁场。实测中,当两个线圈同时工作时,该装置在几毫秒内产生了91.4特斯拉的磁场,整个过程中线圈保存完整并未发生损坏。

  沃斯尼察说,该装置虽然在强度上创造了世界纪录,但他们真正在意的是其在材料学领域的应用前景,更强大的磁场意味着科学家在对如新型电子元件或超导体进行测试时可以获得更高的精度。这项研究让他们成为全球第一个能用如此强的磁场进行实验的研究机构。

  据称,在获知这一消息后,不少德国以及欧洲的研究人员都慕名前来。日本和美国的科学家也希望HZDR能为他们预留出实验时间以对他们的材料进行测试。目前能进行该实验的5个实验室已经无法接纳如此之多的研究项目,该中心已计划建设第六个强磁实验室。