Немецкие физики разработали и экспериментально подтвердили инновационный подход к созданию однородных магнитных полей путем сложения постоянных магнитов по определенной схеме. Их метод превосходит классическую сборку Хальбаха, которая оптимальна только для бесконечно длинных (а потому нереализуемых) магнитов.
Новый подход
Однородные магнитные поля можно генерировать в относительно больших областях пространства за счет целенаправленного расположения постоянных магнитов. Самый известный пример такой конструкции — так называемый массив Хальбаха — предполагает применение идеальных магнитов бесконечной длины, которые можно расположить по кругу так, чтобы их индивидуальные вклады суммировались в однородное магнитное поле в центре. На практике результирующее поле очень далеко от идеала: напряженность внутри круга сильно различается в зависимости от положения.
Профессор Инго Реберг из Байройтского университета и Петер Блюмлер из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга представили оптимальные трехмерные конфигурации очень компактных магнитов в виде точечных диполей. В опубликованном в Physical Review Applied исследовании рассмотрены две практически значимые геометрии: одиночное кольцо и двойное составное кольцо. Так называемая фокусирующая конструкция также позволяет создавать однородные поля вне плоскости магнитов — например, в объекте, расположенном над ними.
Для экспериментальной проверки 16 неодимовых магнитов закрепили на напечатанных на 3D-принтере опорах. Измеренные магнитные поля совпали с предсказанными: как по напряженности поля, так и по его однородности они превзошли классическую схему Хальбаха, а также ее описанные в литературе модификации.
Практическое применение
У малопонятных простым смертным теоретических изысканий обширные практические перспективы. Прежде всего — магнитно-резонансная томография. Для возбуждения ядер водорода в обследуемом теле она использует мощные сверхпроводящие магниты, сложные и дорогие. Замена их неодимовыми сделала бы технологию намного доступнее.
Другие потенциальные сферы применения — ускорители частиц и системы магнитной левитации.
В Китае побили мировой рекорд мощности стабильного магнитного поля
Синтетический алмаз помог улучшить разрешение МРТ до нанометра
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram