Newsroom ΔΟΛ, 29/6/2011
Χρησιμοποιώντας ένα γιγάντιο πηνίο βάρους 200 κιλών -το μόνο που θα μπορούσε να αντέξει τη δοκιμασία- ερευνητές στη Δρέσδη πέτυχαν νέο παγκόσμιο ρεκόρ παράγοντας ένα βραχύβιο μαγνητικό πεδίο με ένταση 91,4 Tesla, δηλαδή 1.900 φορές πιο ισχυρό από ένα μαγνητάκι ψυγείου και ενάμισι εκατομμύριο φορές ισχυρότερο από το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Το μαγνητικό πεδίο δημιουργήθηκε στο Κέντρο «Helmholtz» της Δρέσδης για ερευνητικούς λόγους -όπως εξηγεί ανακοίνωση του κέντρου, η η πειραματική διάταξη χρησιμοποιείται για τη μελέτη υλικών που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική, καθώς και για την ανάπτυξη υπεραγώγιμων υλικών, τα οποία επιτρέπουν τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος χωρίς καμία αντίσταση. «Το πραγματικό ενδιαφέρον μας δεν ήταν να φτάσουμε σε ακραίες τιμές πεδίου, αλλά να το χρησιμοποιήσουμε στην επιστήμη υλικών» δηλώνει ο Χοακίμ Βοζνίτζα, διευθυντής του Εργαστηρίου Μαγνητικών Πεδίων στο Κέντρο «Helmholtz».
Η κατάρριψη του ρεκόρ ήταν δύσκολη από τεχνική άποψη. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργήθηκε διοχετεύοντας ένα ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα πηνίο, δηλαδή ένα αγώγιμο καλώδιο τυλιγμένο σε σχήμα κυλίνδρου. Το πρόβλημα είναι ότι το μαγνητικό πεδίο ασκεί μια ισχυρή δύναμη, τη λεγόμενη δύναμη Λόρενζ, στο ηλεκτροφόρο πηνίο από το οποίο ξεπήδησε. Η δύναμη αυτή προσπαθεί κατά κάποιο τρόπο να σπρώξει τα ηλεκτρικά φορτία έξω από το καλώδιο του πηνίου. Και όσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο, τόσο ισχυρότερη είναι και η δύναμη Λόρενζ. «Ένα πηνίο από χαλκό θα διαλυόταν» αναφέρει ο Δρ Βοζνίτζα, περιγράφοντας ένα υποθετικό σενάριο για αυτή τη σύγκρουση ανάμεσα στο πεδίο και το μέταλλο του πηνίου.
«Στα 100 Tesla, η δύναμη Λόρενζ στο χάλκινο καλώδιο θα δημιουργούσε πίεση 40.000 φορές μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας» επισημαίνει. Για να δημιουργήσουν το πεδίο των 91,4 Tesla, οι ερευνητές χρησιμοποιήσαν τελικά όχι ένα αλλά δύο ενισχυμένα πηνία, από τα οποία το ένα δημιούργησε ένα πεδίο των 50 Tesla και το άλλο ένα δεύτερο πεδίο περίπου 40 Tesla. Η τελική διάταξη των δύο πηνίων είχε μέγεθος βαρελιού και βάρος 200 κιλά (ένθετη αριστερά).
Όταν ενεργοποιήθηκε από έναν ισχυρό ηλεκτρικό παλμό που διοχετεύτηκε στο πηνίο, το πεδίο διατηρήθηκε για μόλις 0,02 δευτερόλεπτα. Μέχρι σήμερα, το παγκόσμιο ρεκόρ ανήκε στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος στις ΗΠΑ, το οποίο είχε φτάσει μέχρι τα 89 Tesla. Ένα μέσο μαγνητάκι ψυγείο έχει περίπου 0,05 Tesla, ενώ το μαγνητικό πεδίο της Γης έχει περίπου 60 μικροτέσλα (= 10-6 Τέσλα) κοντά στους πόλους του πλανήτη.
Το μαγνητικό πεδίο δημιουργήθηκε στο Κέντρο «Helmholtz» της Δρέσδης για ερευνητικούς λόγους -όπως εξηγεί ανακοίνωση του κέντρου, η η πειραματική διάταξη χρησιμοποιείται για τη μελέτη υλικών που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική, καθώς και για την ανάπτυξη υπεραγώγιμων υλικών, τα οποία επιτρέπουν τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος χωρίς καμία αντίσταση. «Το πραγματικό ενδιαφέρον μας δεν ήταν να φτάσουμε σε ακραίες τιμές πεδίου, αλλά να το χρησιμοποιήσουμε στην επιστήμη υλικών» δηλώνει ο Χοακίμ Βοζνίτζα, διευθυντής του Εργαστηρίου Μαγνητικών Πεδίων στο Κέντρο «Helmholtz».
Η κατάρριψη του ρεκόρ ήταν δύσκολη από τεχνική άποψη. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργήθηκε διοχετεύοντας ένα ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα πηνίο, δηλαδή ένα αγώγιμο καλώδιο τυλιγμένο σε σχήμα κυλίνδρου. Το πρόβλημα είναι ότι το μαγνητικό πεδίο ασκεί μια ισχυρή δύναμη, τη λεγόμενη δύναμη Λόρενζ, στο ηλεκτροφόρο πηνίο από το οποίο ξεπήδησε. Η δύναμη αυτή προσπαθεί κατά κάποιο τρόπο να σπρώξει τα ηλεκτρικά φορτία έξω από το καλώδιο του πηνίου. Και όσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο, τόσο ισχυρότερη είναι και η δύναμη Λόρενζ. «Ένα πηνίο από χαλκό θα διαλυόταν» αναφέρει ο Δρ Βοζνίτζα, περιγράφοντας ένα υποθετικό σενάριο για αυτή τη σύγκρουση ανάμεσα στο πεδίο και το μέταλλο του πηνίου.
«Στα 100 Tesla, η δύναμη Λόρενζ στο χάλκινο καλώδιο θα δημιουργούσε πίεση 40.000 φορές μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας» επισημαίνει. Για να δημιουργήσουν το πεδίο των 91,4 Tesla, οι ερευνητές χρησιμοποιήσαν τελικά όχι ένα αλλά δύο ενισχυμένα πηνία, από τα οποία το ένα δημιούργησε ένα πεδίο των 50 Tesla και το άλλο ένα δεύτερο πεδίο περίπου 40 Tesla. Η τελική διάταξη των δύο πηνίων είχε μέγεθος βαρελιού και βάρος 200 κιλά (ένθετη αριστερά).Όταν ενεργοποιήθηκε από έναν ισχυρό ηλεκτρικό παλμό που διοχετεύτηκε στο πηνίο, το πεδίο διατηρήθηκε για μόλις 0,02 δευτερόλεπτα. Μέχρι σήμερα, το παγκόσμιο ρεκόρ ανήκε στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος στις ΗΠΑ, το οποίο είχε φτάσει μέχρι τα 89 Tesla. Ένα μέσο μαγνητάκι ψυγείο έχει περίπου 0,05 Tesla, ενώ το μαγνητικό πεδίο της Γης έχει περίπου 60 μικροτέσλα (= 10-6 Τέσλα) κοντά στους πόλους του πλανήτη.
Να σημειώσω εδώ ότι οι συνήθεις τιμές της μαγνητικής επαγωγής είναι αυτές των ηλεκτρικών μηχανών, της τάξης των 2 Τ (=Τέσλα). Η τιμή των 91 Τ που επετεύχθη στο εργαστήριο της Δρέσδης, είναι τεράστια, δεν είναι όμως η ανώτερη δυνατή στη φύση, όπως παραπλανητικά ανέφερε ο αρχικός τίτλος του δημοσιεύματος (Το ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο του κόσμου!) Υπάρχουν ουράνια σώματα που φέρουν το όνομα Μάγναστρον (Magnetar) και έχουν τιμές μαγνητικής επαγωγής της τάξης των 100 GT (Γίγατέσλα = 109 Τέσλα = 1 δισεκατομμύριο Τέσλα) — προφανέστατα μια ασύλληπτη τιμή, αφού ήδη τα 2 Τ των ηλεκτρικών κινητήρων θεωρούνται υψηλές τιμές και προκαλούν σημαντικές δυνάμεις σε ηλεκτρομαγνητικά υλικά και ρευματοφόρους αγωγούς.
Να σημειωθεί ακόμα ότι, παρά την πολύ υψηλή τιμή της μαγνητικής επαγωγής, τα υλικά δεν φαίνεται να υφίστανται κάποια δομική μεταβολή ή διάσπαση, όπως εκείνη που γνωρίζουμε από το ηλεκτρικό πεδίο — στον αέρα ο κεραυνός. Αλλιώς δεν θα ήταν δυνατόν να υπάρχουν στο σύμπαν ουράνια σώματα που να προκαλούν τιμές μεγατέσλα!
