Jest taki moment w każdym filmie lub kreskówce z udziałem szalonego naukowca, kiedy przerzuca on przełącznik lub miesza dwie substancje chemiczne i bum, jego laboratorium eksploduje, a dym unosi się przez okna i drzwi. W rzeczywistości, przynajmniej w nowoczesnej erze, eksplozje laboratoryjne są zniechęcane. Ale niedawny eksperyment z elektromagnetyzmem w Tokio produkowane najsilniejsze kontrolowane pole magnetyczne kiedykolwiek stworzone, raporty Samuel K. Moore w IEEE Spectrum, wystarczająco potężne, aby wysadzić drzwi blast z laboratorium.
The big bang przyszedł, gdy naukowcy z Uniwersytetu w Tokio pompowane 3,2 megadżula energii elektrycznej do specjalnie zaprojektowanej cewki do produkcji masywnego pola magnetycznego. Badacze mieli nadzieję, że pole osiągnie 700 tesli, jednostkę używaną do pomiaru gęstości strumienia magnetycznego lub nieformalnie, natężenia pola magnetycznego. Zamiast tego, pole osiągnęło 1,200 tesli. Jest to około 400 razy silniejsze niż najpotężniejszy aparat MRI, który wytwarza trzy teslasy. Powstała eksplozja wygięła żelazną szafę, w której urządzenie było zamknięte i wysadziła metalowe drzwi.
„Zaprojektowałem żelazną obudowę tak, aby wytrzymała około 700 T”, powiedział Moore fizyk Shojiro Takeyama, starszy autor badania w czasopiśmie Review of Scientific Instruments. „Nie spodziewałem się, że będzie to tak wysoka wartość. Następnym razem zrobię to mocniej.”
Na szczęście sami badacze byli schowani w pokoju kontrolnym, chronionym przed wybuchem.
Co więc Takeyama i jego koledzy robili, wypuszczając potężne boomy magnetyczne w środku Tokio? Rafi Letzer w LiveScience wyjaśnia, że naukowcy dążyli do coraz większych kontrolowanych pól magnetycznych przez kilka dekad. Takeyama próbował pokonać poziom 1000 tesli przez ostatnie 20 lat, osiągając cel dzięki temu nowemu urządzeniu.
W istocie, elektromagnes jest seria rur składających się z cewki z miedzianą cewką wewnętrzną w nim. Kiedy ogromne ilości energii elektrycznej są uruchamiane przez cewki, wewnętrzna cewka zapada się na siebie z prędkością Mach 15, który jest ponad 3 mil na sekundę. Pole magnetyczne w cewce ściska się coraz mocniej i mocniej, aż osiąga niewiarygodnie wysoki poziom. Wtedy, w ułamku sekundy, całość zapada się, powodując eksplozję. Z trochę więcej inżynierii i niektóre mocniejsze drzwi, zespół wierzy, że mogą one pchnąć ich urządzenie do 1800 teslas.
To nie było największe pole magnetyczne kiedykolwiek generowane przez ludzi. Niektóre super silne pola są wytwarzane przez lasery, ale są tak małe i krótkotrwałe, że trudno je zbadać lub wykorzystać. Takeyama mówi Letzerowi, że w przeszłości amerykańscy i rosyjscy badacze przeprowadzili kilka zakrojonych na szeroką skalę testów na wolnym powietrzu z użyciem materiałów wybuchowych zapakowanych wokół cewek magnetycznych, wytwarzających pola do 2800 tesli. Ale i one są niedoskonałe.
„Nie mogą prowadzić tych eksperymentów w zamkniętych laboratoriach, więc zwykle prowadzą wszystko na zewnątrz, jak na Syberii w polu lub gdzieś w bardzo szerokim miejscu w Los Alamos,” mówi. „I starają się dokonać naukowego pomiaru, ale ze względu na te warunki, bardzo trudno jest dokonać precyzyjnych pomiarów.”
Narzędzie zespołu, jednak, może być stosowany w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych i produkuje stosunkowo duże pole, trochę mniej niż nanometr, który jest wystarczająco duży, aby zrobić trochę prawdziwej nauki. Zgodnie z komunikatem prasowym, celem jest wytworzenie kontrolowanego pola magnetycznego, które mogłoby być wykorzystywane przez fizyków. Nadzieją jest to, że pole może być kontrolowane na tyle dobrze, że materiały mogą być umieszczone wewnątrz maleńkiego pola, więc badacze mogą doprowadzić elektrony do ich „granicy kwantowej”, w której cząstki są w stanie podstawowym, ujawniając właściwości, które badacze muszą jeszcze odkryć. W tym przypadku, większe jest lepsze.
„Ogólnie rzecz biorąc, im wyższe pole, rozdzielczość pomiaru staje się coraz lepiej,” Takeyama mówi Moore w IEEE.
Innym możliwym zastosowaniem-po tym jak dostaną eksplozje pracował z systemu-jest użycie w reaktorach termojądrowych, rodzaj urządzenia produkującego energię, w którym plazma jest utrzymywana stabilnie za pomocą silnego pola magnetycznego, jak jej wodór fuses, tworząc reakcję podobną do tej na słońcu i produkcji prawie nieograniczonej czystej energii. Według informacji podanych w komunikacie, naukowcy uważają, że muszą być w stanie kontrolować pole magnetyczne o natężeniu 1000 tesli, aby wytworzyć trwałą fuzję jądrową.