Топография магнитного поля

Интересная новость пришла из французского Гренобля. Там группе ученых удалось создать постоянный магнит, на котором достигнуто значение плотности магнитного потока 5 Тесла при комнатной температуре. Это - новый мировой рекорд. Магнит уже нашел применение в Европейском источнике синхротронного излучения ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), расположенном в Гренобле.

Этот магнит разработал аспирант Фредерик Блох на основе пионерских идей Клауса Халбэча из Беркли. В конце 1970-х годов Халбэч предложил использовать постоянные магниты для генерации синхротронного излучения, возникающего при торможении электронных пучков. В 1985 году Халбэч изобрел такую конфигурацию постоянных магнитов, в которой магнитный поток концентрируется на одной стороне набора магнитных элементов, расположенных в определенном порядке, и уменьшается на другой стороне. Его идеи с тех пор были приняты разработчиками новых систем как при проектировании магнитных систем левитации для транспорта, так и для использования в ускорителях заряженных частиц.

Магнит Фредерика Блоха - это сфера диаметром 120 мм, собранная из редкоземельных постоянных магнитов. Пространство с магнитным полем, пригодное для использования, имеет регулируемый зазор диаметром до 6 мм. Рекордная величина поля магнита была зафиксирована в зазоре 0,15 мм.

Первое применение устройство нашло в эксперименте ESRF по магнитным измерениям на тонких пленках. Компактный размер магнита позволил установить его на канал источника синхротронного излучения ESRF, в котором прежде использовались электромагниты, позволявшие достигать максимального значения индукции магнитного поля не более 2,5 Тесла.

В сентябре прошлого года в статье "Магниты станут компактнее" журнал "ЦЕРН курьер" информировал о прежнем рекордном значении магнитного поля, достигнутом в японском Национальном институте радиологических исследований. При внутреннем диаметре 6 мм и длине магнита 150 мм было получено магнитное поле до 4,45 Тесла при охлаждении до "минус" 25 градусов по Цельсию (при комнатной температуре поле достигало значения 3,9 Тесла).

Мотивацией нового подхода в проектировании постоянных магнитов стало стремление создать компактные ускорители элементарных частиц для использовании в терапии онкологических заболеваний. Например, команда исследователей из японского Национального института радиологических исследований во главе с Масауки Кумада ставила себе целью создать прототип постоянного магнита, позволяющий достигнуть магнитных полей больше чем 4 Тесла. Пока такие поля были достижимы только с помощью больших сверхпроводящих магнитов.

Используя подходящие магнитные материалы типа кобальта, самария, можно достигнуть максимального магнитного поля величиной обычно около 2 Тесла. Конструкции Halbach-типа улучшают этот показатель, используя геометрию, эффективно усиливающую внутреннее поле. Ключевое новшество в новой идее основано на использовании насыщенного железного полюса в магнитной цепи постоянного магнита, чтобы получить более высокое остаточное поле, сконцентрировать магнитный поток и ослабить поле размагничивания.