ينافس المغناطيس المصغر العمالقة المغناطيسية في القوة لأول مرة

يمكن لمغناطيس صغير بما يكفي ليناسب راحة يدك أن يضاهي قوة بعض أقوى المغناطيسات في العالم لأول مرة.

تلعب المغناطيسات القوية العديد من الأدوار في العلوم والتكنولوجيا، حيث تستخدم في كل شيء بدءًا من التصوير بالرنين المغناطيسي ومسرعات الجسيمات وحتى جهود الاندماج النووي. أقوى هذه المواد مصنوعة من الموصلات الفائقة، وهي مواد توصل الكهرباء بكفاءة شبه مثالية.

لكن المغناطيسات فائقة التوصيل التي تنتج مجالات مغناطيسية قوية غالبًا ما تكون ضخمة الحجم: عادةً ما تكون المغناطيسات الأصغر حجمًا بنفس حجم المجال المغناطيسي حرب النجوم الروبوت R2D2، في حين أن الأكبر يمكن مقارنته بمبنى من طابقين، كما يقول ألكسندر بارنز من ETH زيورخ في سويسرا.

لقد قام هو وزملاؤه الآن ببناء مغناطيس فائق التوصيل ينافس تلك المغناطيسات الكبيرة من حيث القوة، ولكن يبلغ قطره 3.1 ملم فقط. لقد صنعوها عن طريق لف شريط رفيع من مادة خزفية تسمى REBCO، والتي تتميز بموصلية فائقة عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية. تنتج هذه الملفات مجالات مغناطيسية عند مرور تيارات كهربائية من خلالها.

اشترى الفريق شريط REBCO من شركة تجارية، ثم انطلقوا للعثور على أفضل تصميم مغناطيسي، والذي تضمن تصنيع واختبار أكثر من 150 شريطًا، كما يقول بارنز. “تمثلت استراتيجيتنا في تطوير وتبني نهج “الفشل كثيرًا والفشل السريع””.

لقد استقروا في النهاية على تصميم يتضمن إما ملفين أو أربعة ملفات على شكل فطيرة من REBCO يمكنها إنتاج مجالات مغناطيسية بقوة 38 تسلا و42 تسلا على التوالي. للمقارنة، عادةً ما يكون لمغناطيس الثلاجة قوة مجال مغناطيسي أقل من 0.01 تسلا. يصل المغناطيسين اللذان ينتجان حاليًا أقوى المجالات المغناطيسية الثابتة في العالم إلى حوالي 45 تسلا، ويزنان عدة أطنان ويتطلبان ما يصل إلى 30 ميجاوات من الطاقة. إن مغناطيس بارنز وفريقه أصغر من حجم يدك ويتطلب طاقة أقل من 1 واط.

يقول بارنز إن هدفهم النهائي هو استخدام هذا المغناطيس في الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، وهي تقنية تجريبية تستخدم المجالات المغناطيسية للكشف عن بنية الجزيئات مثل الأدوية والمحفزات للعمليات الصناعية. ومن وجهة نظره، فإن هذه التقنية القوية تتعثر بسبب حجم المغناطيس الكبير وباهظ الثمن، لكن الباحثين يأملون في جعلها في متناول المزيد من الكيميائيين. يقول بارنز إن الفريق قد بدأ بالفعل في اختبار المغناطيس في إعداد الرنين المغناطيسي النووي.

يقول مارك إينسلي من جامعة كينجز كوليدج في لندن: “إن إنتاج مجالات مغناطيسية أعلى من 40 تسلا يتطلب تقليديًا مرافق كبيرة ومكلفة للغاية، لذا فإن تحقيق شدة مجال مماثلة في مثل هذا الجهاز المدمج باستخدام أشرطة فائقة التوصيل يعد أمرًا مهمًا”. “إنه يشير إلى أن المغناطيسات ذات المجال العالي للغاية يمكن أن تصبح أكثر سهولة في الوصول إلى مجموعة واسعة من المختبرات في المستقبل القريب.”

لكن تظل هناك أسئلة قبل أن يتمكن المغناطيس من تحقيق الاستخدام على نطاق واسع – على سبيل المثال، كيف يمكن جعل المجال المغناطيسي موحدًا، وكيف يمكن إدارة السلوك الكهرومغناطيسي لهذه الملفات والتحكم فيه، كما يقول.