W każdym filmie lub kreskówce z szalonym naukowcem jest chwila, kiedy naciskają przełącznik lub mieszają dwa chemikalia i bum, ich laboratorium wybucha i dym kłębi się przez okna i drzwi. W rzeczywistości przynajmniej w epoce nowożytnej odradza się eksplozje laboratoryjne. Jednak niedawny eksperyment z elektromagnetyzmem w Tokio wytworzył najsilniejsze kontrolowane pole magnetyczne, jakie kiedykolwiek stworzono, donosi Samuel K. Moore z IEEE Spectrum, wystarczająco silny, aby otworzyć drzwi do laboratorium.
Wielki wybuch nastąpił, gdy naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego wpompowali 3, 2 megadżula energii elektrycznej do specjalnie zaprojektowanej cewki, aby wytworzyć ogromne pole magnetyczne. Podczas gdy naukowcy mieli nadzieję, że pole osiągnie 700 teslasów, urządzenie służyło do pomiaru gęstości strumienia magnetycznego lub nieformalnie siły pola magnetycznego. Zamiast tego pole osiągnęło 1200 teslasów. Jest to około 400 razy silniejsze niż najmocniejsza maszyna MRI, która wytwarza trzy teslasy. Powstała eksplozja wygięła żelazną szafkę, w której było zamknięte urządzenie, i wysadziła metalowe drzwi.
„Zaprojektowałem żelazną obudowę, aby wytrzymała około 700 ton”, mówi Moore, fizyk Shojiro Takeyama, starszy autor badania w czasopiśmie Review of Scientific Instruments. „Nie spodziewałem się, że będzie tak wysoko. Następnym razem sprawię, że będzie silniejszy. ”
Na szczęście sami badacze zostali schowani w pokoju kontrolnym, chronieni przed wybuchem.
Więc, co Takeyama i jego koledzy robili, uwalniając potężne bomby magnetyczne w środku Tokio? Rafi Letzer z LiveScience wyjaśnia, że naukowcy od kilku dekad badają coraz większe kontrolowane pola magnetyczne. Przez ostatnie 20 lat Takeyama próbował pokonać poziom 1000 tesli, osiągając cel dzięki temu nowemu urządzeniu.
Zasadniczo elektromagnes jest serią rurek składających się z cewki z miedzianą cewką wewnętrzną. Kiedy ogromne ilości prądu przepłyną przez cewki, cewka wewnętrzna zapada się sama z prędkością Mach 15, czyli ponad 3 mile na sekundę. Pole magnetyczne w cewce ściska się coraz mocniej, aż osiągnie niewiarygodnie wysoki poziom. Potem, w ułamku sekundy, cała rzecz upada, co powoduje eksplozję. Przy odrobinie inżynierii i silniejszych drzwiach zespół wierzy, że mogą zwiększyć swoje urządzenie do 1800 teslasów.
To nie było największe pole magnetyczne generowane kiedykolwiek przez ludzi. Niektóre super-silne pola są wytwarzane przez lasery, ale są tak małe i krótkotrwałe, że trudno je badać lub używać. Takeyama mówi Letzerowi, że historycznie amerykańscy i rosyjscy badacze przeprowadzili kilka dużych testów zewnętrznych przy użyciu wysoko wybuchowych materiałów upakowanych wokół cewek magnetycznych, wytwarzając pola do 2800 teslas. Ale one też są niedoskonałe.
„Nie mogą przeprowadzać tych eksperymentów w laboratoriach wewnętrznych, więc zwykle prowadzą wszystko na zewnątrz, jak Syberia na polu lub gdzieś w bardzo szerokim miejscu w Los Alamos [Nowy Meksyk]” - mówi. „Próbują dokonać naukowego pomiaru, ale z powodu tych warunków bardzo trudno jest dokonać precyzyjnych pomiarów.”
Narzędzie zespołu może jednak być używane w kontrolowanym laboratorium i wytwarza stosunkowo duże pole, nieco mniejsze niż nanometr, wystarczająco duże, aby zrobić prawdziwą naukę. Według komunikatu prasowego, celem jest wytworzenie kontrolowanego pola magnetycznego, z którego mogliby korzystać fizycy. Mamy nadzieję, że pole może być wystarczająco dobrze kontrolowane, aby materiały mogły być umieszczone wewnątrz małego pola, dzięki czemu naukowcy mogą doprowadzić elektrony do ich „granicy kwantowej”, w której wszystkie cząstki znajdują się w stanie podstawowym, ujawniając właściwości, które naukowcy mają do tej pory odkrywać. W takim przypadku większe jest lepsze.
„Ogólnie rzecz biorąc, im wyższe pole, tym lepsza rozdzielczość pomiaru”, mówi Takeyama z IEEE.
Innym możliwym zastosowaniem - po tym, jak eksplozje zostaną opracowane w systemie - jest zastosowanie w reaktorach termojądrowych, rodzaj urządzenia wytwarzającego energię, w którym plazma jest utrzymywana stabilnie za pomocą silnego pola magnetycznego, ponieważ topi się wodór, tworząc reakcję podobną do Słońce i wytwarzające niemal nieograniczoną czystą energię. Według informacji naukowcy uważają, że muszą być w stanie kontrolować pole magnetyczne o wartości 1000 tesli, aby uzyskać trwałą syntezę jądrową.
