V katerem koli filmu ali risanki nastopi nori znanstvenik, ko preklopi stikalo ali zmeša dve kemikaliji in pušča, da njihov laboratorij eksplodira in se dim razbija skozi okna in vrata. V resnici se vsaj v moderni dobi laboratorijske eksplozije odvračajo. Toda nedavni eksperiment z elektromagnetizmom v Tokiu je ustvaril najmočnejše nadzorovano magnetno polje, kar je bilo kdajkoli ustvarjeno, poroča Samuel K. Moore iz IEEE Spectrum, dovolj močan, da lahko odpre vrata visoko razstreljenih laboratorij.
Do velikega naleta je prišlo, ko so raziskovalci z univerze v Tokiu črpali 3, 2 megajule električne energije v posebej zasnovano tuljavo za proizvodnjo ogromnega magnetnega polja. Medtem ko so raziskovalci upali, da bo polje doseglo 700 tesla, je enota za merjenje gostote magnetnega toka ali neuradno jakosti magnetnega polja. Namesto tega je polje doseglo 1.200 tesla. To je približno 400-krat močnejši od najzmogljivejšega MRI stroja, ki proizvaja tri tesle. Nastala eksplozija je upognila železno omarico, v katero je bila naprava zaprta, in odprla kovinska vrata.
"Železno ohišje sem zasnoval tako, da bo vzdržal približno 700 T, " Moore govori fizik Shojiro Takeyama, višji avtor študije v reviji Review of Scientific Instruments. "Nisem pričakoval, da bo tako visok. Naslednjič bom okrepil. "
Na srečo so bili sami raziskovalci zaprti v nadzorno sobo, zaščiteno pred eksplozijo.
Torej, kaj sta Takeyama in njegovi sodelavci naredili, da so sredi Tokia puščali ogromne magnetne nalete? Rafi Letzer na LiveScience pojasnjuje, da znanstveniki že več desetletij zasledujejo vedno večja nadzorovana magnetna polja. Takeyama se v zadnjih 20 letih trudi premagati raven 1.000 tesla in s to novo napravo doseže cilj.
V bistvu je elektromagnet vrsta cevi, ki je sestavljena iz tuljave z bakreno notranjo tuljavo v njej. Ko skozi tuljave teče ogromna količina električne energije, se notranja tuljava zruši sama s hitrostjo Macha 15, kar je več kot 3 milje na sekundo. Magnetno polje v tuljavi se stisne vse močneje in tesneje, dokler ne doseže neverjetno visokih ravni. Nato se v delčku sekunde celotno zadeva zruši, kar ima za posledico eksplozijo. Z malo več inženiringa in nekaj močnejšimi vrati ekipa verjame, da bi lahko napravo potisnili na 1.800 tesla.
To ni bilo največje magnetno polje, ki ga je človek kdaj ustvaril. Nekatera zelo močna polja proizvajajo laserji, vendar so tako majhna in kratkotrajna, da jih je težko proučiti ali uporabiti. Takeyama pravi Letzerju, da so v preteklosti ameriški in ruski raziskovalci opravili obsežne zunanje teste z uporabo visokega eksploziva, nabranega okoli magnetnih tuljav, pri čemer so izdelali polja do 2800 tesla. A tudi ti so nepopolni.
"Teh poskusov ne morejo izvesti v laboratorijih v zaprtih prostorih, zato običajno izvajajo vse na prostem, kot je Sibirija na polju ali nekje na zelo širokem mestu v Los Alamosu [New Mexico], " pravi. "In poskušajo opraviti znanstveno meritev, vendar je zaradi teh pogojev zelo težko narediti natančne meritve."
Orodje ekipe pa se lahko uporablja v nadzorovanem laboratoriju in ustvari sorazmerno veliko polje, nekaj manj kot nanometra, kar je dovolj veliko, da lahko naredimo nekaj resnične znanosti. Kot piše v sporočilu za javnost, je cilj izdelati nadzorovano magnetno polje, ki bi ga lahko uporabljali fiziki. Upanje je, da je mogoče polje nadzorovati dovolj dobro, da se materiali lahko namestijo znotraj drobnega polja, tako da lahko raziskovalci pripeljejo elektrone do njihove "kvantne meje", v kateri so delci vsi v svojem osnovnem stanju, kar razkriva lastnosti, ki jih raziskovalci še imajo odkriti. V tem primeru je večje večje.
"Na splošno velja, da višje kot je polje, meritev ločljivosti postaja boljša in boljša, " Takeyama pove Mooreu pri IEEE.
Druga možna uporaba - ko bodo eksplozije obdelane iz sistema - je uporaba v fuzijskih reaktorjih, vrsta naprave za proizvodnjo energije, v kateri je plazma stabilna z uporabo močnega magnetnega polja kot njenih vodikovih spojev, kar ustvarja reakcijo, podobno kot sonca in proizvaja skoraj neomejeno čisto energijo. Glede na objavo raziskovalci menijo, da jim je treba omogočiti nadzor nad magnetnim poljem s 1.000 tesla za proizvodnjo trajne jedrske fuzije.
