Det er et øyeblikk i en hvilken som helst film eller tegneserie med en gal forsker når de vender en bryter eller blander to kjemikalier og bom, laboratoriet deres eksploderer og røyker bølger ut av vinduer og dører. I virkeligheten, i det minste i moderne tid, frarådes labeksplosjoner. Men et fersk eksperiment med elektromagnetisme i Tokyo produserte det sterkeste kontrollerte magnetfeltet som noensinne er skapt, rapporterer Samuel K. Moore ved IEEE Spectrum, kraftig nok til å blåse åpne eksplosjonsdørene til laboratoriet.
Det store smellet kom da forskere ved University of Tokyo pumpet 3, 2 megajouler strøm inn i en spesialdesignet spole for å produsere et massivt magnetfelt. Mens forskerne håpet at feltet skulle nå 700 teslas, ble enheten brukt til å måle magnetisk flux-tetthet eller uformelt magnetisk feltstyrke. I stedet nådde feltet 1200 teslas. Det er omtrent 400 ganger sterkere enn den kraftigste MR-maskinen, som produserer tre teslas. Den resulterende eksplosjonen bøyde opp jernskapet enheten var innelukket i og sprengte metalldørene.
“Jeg designet jernhuset for å tåle rundt 700 tonn, ” forteller fysiker Shojiro Takeyama, seniorforfatter av studien i tidsskriftet Review of Scientific Instruments, til Moore. “Jeg forventet ikke at det skulle være så høyt. Neste gang skal jeg gjøre det sterkere. ”
Heldigvis ble forskerne selv gjemt bort i et kontrollrom, beskyttet mot eksplosjonen.
Så, hva var det Takeyama og kollegene hans gjorde for å slippe massive magnetiske bommer midt i Tokyo? Rafi Letzer på LiveScience forklarer at forskere har forfulgt stadig større kontrollerte magnetfelt i flere tiår. Takeyama har prøvd å slå 1000-tesla-nivået de siste 20 årene, og nå målet med denne nye enheten.
I hovedsak er elektromagneten en serie rør som består av en spole med en indre kobberspole inni seg. Når enorme mengder elektrisitet kjøres gjennom spolene, kollapser den indre spolen på seg selv med en hastighet på Mach 15, som er over 3 miles per sekund. Magnetfeltet i spolen komprimerer strammere og strammere til det når utrolig høye nivåer. Så, på et brøkdel av et sekund, kollapser det hele, noe som resulterer i eksplosjonen. Med litt mer ingeniørarbeid og noen sterkere dører, tror teamet at de kunne presse enheten til 1 800 teslas.
Dette var ikke det største magnetfeltet som noen gang er generert av mennesker. Noen supersterke felt er produsert av lasere, men er så små og kortvarige at de er vanskelige å studere eller bruke. Takeyama forteller Letzer at amerikanske og russiske forskere historisk har gjort noen store utendørs tester med høye eksplosiver pakket rundt magnetiske spoler, og produsert felt opp til 2800 teslas. Men også disse er ufullkomne.
"De kan ikke utføre disse eksperimentene i innendørs laboratorier, så de utfører vanligvis alt utendørs, som Sibir i et felt eller et sted på et veldig bredt sted i Los Alamos [New Mexico], " sier han. "Og de prøver å gjøre en vitenskapelig måling, men på grunn av disse forholdene er det veldig vanskelig å gjøre presise målinger."
Teamets verktøy kan imidlertid brukes i en kontrollert lab-setting og produserer et relativt stort felt, litt mindre enn et nanometer, som er stort nok til å gjøre noe ekte vitenskap. I følge en pressemelding er målet å produsere et kontrollert magnetfelt som kan brukes av fysikere. Håpet er at feltet kan kontrolleres godt nok til at materialer kan plasseres inne i det lille feltet, slik at forskere kan bringe elektronene til sin "kvantegrense", der partiklene alle er i deres grunntilstand, og avslører egenskaper som forskere ennå har å oppdage. I så fall er større bedre.
"Generelt sett, jo høyere felt blir måleoppløsningen bedre og bedre, " sier Takeyama til Moore på IEEE.
Den andre mulige bruken - når de har fått eksplosjonene ut av systemet - er bruk i fusjonsreaktorer, en type energiproduserende enhet der plasma holdes stabilt ved bruk av et sterkt magnetfelt som hydrogensikringer, og skaper en reaksjon som ligner på solen og produserer nesten ubegrenset ren energi. I følge utgivelsen mener forskere at de må være i stand til å kontrollere et 1000-tesla magnetfelt for å produsere vedvarende kjernefusjon.
