Нова конфигурация от постоянни магнити създава силни хомогенни полета

Екип физици от Германия откри нов начин за създаване на мощни и еднородни магнитни полета с помощта на компактни постоянни магнити. Чрез преодоляване на ограниченията на т.нар. масив на Халбах, който работи само с безкрайно дълги магнити, те са проектирали триизмерни магнитни структури за лесни за използване инсталации с краен размер. Нововъведението може да намери приложение в технологията на магнитно-резонансната томография, ускорителите на частици и системите за магнитна левитация.

Хомогенни (еднородни) магнитни полета в относително голямо пространство се създават чрез подреждане на постоянни магнити. Пример за такава конструкция е така наречената решетка на Халбах. Този подход обаче се основава на идеализираното предположение, че много дългите – в идеалния случай безкрайно дълги – магнити (линейни диполи) могат да бъдат подредени в кръг, за да създадат хомогенно магнитно поле в центъра. На практика при крайно дългите магнити идеалното условие не може да бъде постигнато: напрегнатостта на полето вътре в кръга варира значително в зависимост от положението на магнита. По този начин класическата геометрия на Халбах не е подходяща за компактни, практически реализуеми магнитни вериги, при които целта е да се постигне възможно най-силното и/или най-хомогенното магнитно поле.

Методът, който е разработен и експериментално потвърден от учени от Университета в Байройт и Университета „Йоханес Гутенберг“, описва оптималното триизмерно разположение на изключително компактни магнити с добавяне на точкови диполи. Те са изследвали няколко варианта на оптимални геометрични конфигурации на магнити с интересни свойства, съобщава Science Daily.

Теоретичните формули, които физиците са разработили за новите конфигурации, след това са потвърдени експериментално. За целта те сглобяват масиви от магнити от 16 FeNdB кубоида, стоящи върху принтирани опори. Те измерили и сравнили получените магнитни полета с теоретичните прогнози и проверили дали стойностите съвпадат.

Както по отношение на силата на магнитното поле, така и по отношение на хомогенността, новите конфигурации категорично превъзхождат класическата конфигурация на Халбах, както и нейните модификации, описани в литературата.

Новата конструкция има голям потенциал за устройствата, изискващи силни и хомогенни магнитни полета. Например при магнитния резонанс се използват мощни свръхпроводящи магнити, които са технически сложни и изключително скъпи. Поради това апаратите за ядрено-магнитен резонанс остават недостъпни там, където има нужда от тях, но няма достатъчно средства за закупуването им. Алтернативните начини за създаване на хомогенни магнитни полета биха могли да променят ситуацията. Други потенциални приложения включват ускорители на частици и системи за магнитна левитация.

Да добавим, че традиционните процеси за производство на постоянни магнити зависят от тежките редкоземни елементи, които се извличат предимно в Китай. За да се преодолее зависимостта от износа, южнокорейски учени в областта на материалите са разработили иновативен процес за производство на високоефективни постоянни магнити, използвайки само леки редкоземни елементи.