Der er et øjeblik i enhver film eller tegneserie med en gal videnskabsmand, når de vender en switch eller blander to kemikalier og bom, deres laboratorium eksploderer og ryger bølger ud af vinduer og døre. I virkeligheden, i det mindste i den moderne tid, afskrækkes laboratorieeksplosioner. Men et nyligt eksperiment med elektromagnetisme i Tokyo producerede det stærkeste kontrollerede magnetfelt, der nogensinde er skabt, rapporterer Samuel K. Moore ved IEEE Spectrum, der er kraftfuld nok til at sprænge laboratoriets eksplosionsdøre.
Det store smell kom da forskere ved Universitetet i Tokyo pumpede 3, 2 megajoule elektricitet i en specielt designet spole for at producere et massivt magnetfelt. Mens forskerne håbede, at feltet skulle nå 700 teslas, bruges enheden til at måle magnetisk fluxdensitet eller uformelt magnetisk feltstyrke. I stedet nåede feltet 1.200 teslas. Det er cirka 400 gange stærkere end den mest kraftfulde MR-maskine, der producerer tre teslas. Den resulterende eksplosion bøjede jernskabet, hvor anordningen blev lukket ind og sprængte metaldørene op.
”Jeg designet jernhuset til at holde ud mod omkring 700 T, ” fortæller fysikeren Shojiro Takeyama, seniorforfatter af undersøgelsen i tidsskriftet Review of Scientific Instruments, til Moore. ”Jeg forventede ikke, at det skulle være så højt. Næste gang gør jeg det stærkere. ”
Heldigvis blev forskerne selv gemt væk i et kontrolrum, beskyttet mod eksplosionen.
Så hvad gjorde Takeyama og hans kolleger ved at afskedige massive magnetiske bommer midt i Tokyo? Rafi Letzer hos LiveScience forklarer, at forskere har forfulgt stadig større kontrollerede magnetfelter i flere årtier. Takeyama har forsøgt at slå niveauet 1.000-tesla i de sidste 20 år og nå målet med denne nye enhed.
I det væsentlige er elektromagneten en serie rør, der består af en spole med en kobber indre spole indeni. Når massive mængder af elektricitet køres gennem spolerne, kollapser den inderste spole på sig selv med en hastighed på Mach 15, der er over 3 miles i sekundet. Magnetfeltet i spolen komprimeres strammere og strammere, indtil det når utroligt høje niveauer. Derefter kollapser det hele i en brøkdel af et sekund, hvilket resulterer i eksplosionen. Med lidt mere teknik og nogle stærkere døre, tror teamet, at de kunne skubbe deres enhed til 1.800 teslas.
Dette var ikke det største magnetfelt nogensinde genereret af mennesker. Nogle supersterke felter produceres af lasere, men er så små og kortvarige, at de er vanskelige at studere eller bruge. Takeyama fortæller Letzer, at amerikanske og russiske forskere historisk har foretaget nogle store udendørs tests med høje eksplosiver pakket rundt om magnetiske spoler og produceret felter op til 2.800 teslas. Men også disse er ufuldkomne.
”De kan ikke udføre disse eksperimenter i indendørs laboratorier, så de udfører normalt alt udendørs, som Sibirien i et felt eller et sted på et meget bredt sted i Los Alamos [New Mexico], ” siger han. ”Og de prøver at foretage en videnskabelig måling, men på grund af disse forhold er det meget svært at foretage præcise målinger.”
Holdets værktøj kan imidlertid bruges i en kontrolleret laboratorieindstilling og producerer et relativt stort felt, lidt mindre end et nanometer, som er stort nok til at gøre noget rigtigt videnskab. Ifølge en pressemeddelelse er målet at fremstille et kontrolleret magnetfelt, der kunne bruges af fysikere. Håbet er, at feltet kan styres godt nok til, at materialer kan placeres inden i det lille felt, så forskere kan bringe elektronerne til deres "kvantegrænse", hvor partiklerne alle er i deres jordtilstand, hvilket afslører egenskaber, som forskerne endnu har at opdage. I dette tilfælde er større bedre.
”Generelt, jo højere felt, måleopløsningen bliver bedre og bedre, ” fortæller Takeyama til Moore hos IEEE.
Den anden mulige anvendelse - når de først har fået eksplosionerne udarbejdet af systemet - er brug i fusionsreaktorer, en type energiproducerende anordning, hvor plasma holdes stabilt ved hjælp af et stærkt magnetfelt som brintsikringer, hvilket skaber en reaktion svarende til solens og producerer næsten ubegrænset ren energi. Ifølge frigivelsen mener forskere, at de er nødt til at være i stand til at kontrollere et 1000-tesla magnetfelt for at producere vedvarende nuklear fusion.
