Minden filmben vagy rajzfilmben van egy pillanat, amikor egy őrült tudós megfordít egy kapcsolót vagy összekever két vegyszert, és bumm, a laborjuk felrobban, és füst gomolyog ki az ablakokon és ajtókon. A valóságban, legalábbis a modern korban, a laboratóriumi robbanásoktól elzárkóznak. Egy nemrégiben Tokióban végzett elektromágneses kísérlet azonban a valaha létrehozott legerősebb ellenőrzött mágneses mezőt hozta létre – számol be Samuel K. Moore az IEEE Spectrumban -, amely elég erős volt ahhoz, hogy felrobbantsa a laboratórium robbanóajtóit.
A nagy robbanásra akkor került sor, amikor a Tokiói Egyetem kutatói 3,2 megajoule áramot pumpáltak egy speciálisan kialakított tekercsbe, hogy hatalmas mágneses mezőt hozzanak létre. Míg a kutatók azt remélték, hogy a mező eléri a 700 teslát, a mágneses fluxussűrűség vagy informálisan a mágneses térerősség mérésére használt mértékegységet. Ehelyett a mező elérte az 1200 teslát. Ez körülbelül 400-szor erősebb, mint a legerősebb MRI-készülék, amely három teslaszt termel. A keletkező robbanás felhajlította a vasszekrényt, amelybe a készüléket zárták, és felrobbantotta a fémajtókat.
“Úgy terveztem a vasházat, hogy körülbelül 700 T ellenálljon” – mondja Shojiro Takeyama fizikus, a Review of Scientific Instruments című folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője a Moore-nak. “Nem számítottam arra, hogy ez ilyen magas lesz. Legközelebb erősebb lesz.”
Szerencsére maguk a kutatók egy vezérlőteremben voltak elrejtőzve, védve a robbanástól.
Szóval, mit csináltak Takeyama és kollégái, amikor hatalmas mágneses bummokat engedtek ki Tokió közepén? Rafi Letzer a LiveScience-en elmagyarázza, hogy a tudósok már több évtizede egyre nagyobb, irányított mágneses mezőkkel foglalkoznak. Takeyama az elmúlt 20 évben próbálta megdönteni az 1000 teslai szintet, és ezzel az új eszközzel érte el a célt.
Az elektromágnes lényegében egy csősorozat, amely egy tekercsből áll, benne egy réz belső tekerccsel. Amikor hatalmas mennyiségű elektromosságot vezetnek át a tekercseken, a belső tekercs 15 Mach sebességgel omlik össze önmagában, ami több mint 3 mérföldet jelent másodpercenként. A tekercsben lévő mágneses mező egyre szorosabbra és szorosabbra tömörül, amíg el nem éri a hihetetlenül magas szintet. Ezután a másodperc tört része alatt az egész összeomlik, ami a robbanáshoz vezet. Egy kicsit több mérnöki munkával és néhány erősebb ajtóval a csapat úgy véli, hogy a készüléküket 1800 teslára is fel tudnák tornászni.
Nem ez volt a legnagyobb mágneses mező, amelyet ember valaha is létrehozott. Néhány szupererős mezőt lézerek állítanak elő, de ezek olyan kicsik és rövid életűek, hogy nehéz őket tanulmányozni vagy használni. Takeyama elmondja Letzernek, hogy történetileg amerikai és orosz kutatók végeztek néhány nagyszabású szabadtéri tesztet mágneses tekercsek köré pakolt nagy robbanóanyagokkal, amelyek akár 2800 teslas mezőt is létrehoztak. De ezek is tökéletlenek.
“Nem tudják ezeket a kísérleteket beltéri laboratóriumokban elvégezni, ezért általában mindent a szabadban végeznek, például Szibériában egy mezőn, vagy valahol Los Alamosban egy nagyon tágas helyen” – mondja. “És megpróbálnak tudományos méréseket végezni, de ezek miatt a körülmények miatt nagyon nehéz pontos méréseket végezni.”
A csapat eszköze azonban kontrollált laboratóriumi körülmények között is használható, és viszonylag nagy, alig kevesebb mint egy nanométeres mezőt hoz létre, ami elég nagy ahhoz, hogy valódi tudományos munkát végezzenek. A sajtóközlemény szerint a cél egy olyan ellenőrzött mágneses mező előállítása, amelyet a fizikusok is használhatnak. A remény az, hogy a mezőt elég jól lehet szabályozni ahhoz, hogy az anyagokat az apró mezőbe lehessen helyezni, így a kutatók az elektronokat a “kvantumhatárhoz” tudják juttatni, amelyben a részecskék mind alapállapotban vannak, és olyan tulajdonságokat tárnak fel, amelyeket a kutatóknak még fel kell fedezniük. Ebben az esetben a nagyobb a jobb.
“Általában minél nagyobb a mező, annál jobb és jobb lesz a mérés felbontása” – mondja Takeyama Moore-nak az IEEE-nél.
A másik lehetséges alkalmazás – amint a robbanásokat ki tudják dolgozni a rendszerből – a fúziós reaktorokban való felhasználás, egy olyan energiatermelő berendezésben, amelyben a plazmát erős mágneses tér segítségével stabilan tartják, miközben a hidrogén fuzionál, a Napéhoz hasonló reakciót hozva létre, és szinte korlátlan tiszta energiát termelve. A közlemény szerint a kutatók úgy vélik, hogy 1000 tesla mágneses mezőt kell tudni irányítaniuk ahhoz, hogy tartós magfúziót tudjanak létrehozni.