Группа исследователей из научного центра Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), возглавляемая доктором Питером Смеибидлом (Dr. Peter Smeibidl) и насчитывающая восемь участников, 16 октября 2014 года закончила проведение испытаний одного из самых мощных в мире электромагнитов (high field magnet, HFM). Этот электромагнит оказался способен вырабатывать постоянное магнитное поле, силой в 26 Тесла, хотя по всем расчетам сила поля должна была составить 25 Тесла.

Эти успешные испытания стали результатом многомесячного труда ученых, инженеров и рабочих, которые занимались монтажом и наладкой элементов конструкции электромагнита, систем криогенного охлаждения и системы энергоснабжения, мощность которой составляет 4 мегаватта.

Новый HFM-магнит построен по гибридной схеме. В его составе использована одна обычная катушка и одна сверхпроводящая катушка, которые включены последовательно.

Этот новый подход был разработан учеными Национальной лаборатории сильных магнитных полей (National High Magnetic Field Laboratory, NHMFL) в Таллахасси, Флориде, США, и он может быть использован для создания сверхмощных электромагнитов для самых различных областей применения.

Рис. 1.

Запуск нового электромагнита – событие, которого с нетерпением ожидали не только ученые HZB, но и ученые из многих других организаций по всему миру. Это объясняется тем, что некоторые квантовые явления в определенных материалах происходят только в присутствии чрезвычайно сильных магнитных полей, полей, которые могут быть получены лишь при помощи таких магнитов-гигантов.

Кроме этого, под воздействием магнитных полей, превышающих 20 Тесла, некоторые виды материи, особенно высокотемпературные сверхпроводники, переходят в новые агрегатные состояния, минуя отдельные фазовые переходы.

В целом, процесс создания и запуска нового электромагнита прошел относительно гладко.

«Мы смогли обнаружить большую часть проблем еще на этапе первоначального тестирования, что дало нам возможность быстрого устранения этих проблем» – рассказывает доктор Хартмут Эхмлер (Dr. Hartmut Ehmler), один из координаторов проекта, – «И это все благодаря тому, что на этапе производства все узлы, и особенно катушки, прошли очень жесткий контроль качества изготовления».

Первые запуски нового магнита начались несколько недель назад. Сначала инженеры проверяли две его катушки по отдельности, увеличивая текущий через них ток от 0 до 1000 ампер. При этом производились измерения индукции и самоиндукции катушек, которые приводили к нежелательным всплескам напряжения.

Рис. 2.

После этого исследователи перешли к испытанию всего магнита целиком, где уже все пошло не так гладко, как раньше. При силе тока в 14 тысяч ампер, что приблизительно равно половине номинальной мощности, обмотки электромагнита начали нагреваться больше расчетной величины, заставляя интенсивней кипеть хладагент (гелий), что привело к опасному повышению давления в охлаждающей системе. Для минимизации риска в установку системы охлаждения были добавлены дополнительные клапаны, а некоторые клапаны были заменены на более мощные. И после этого конструкция электромагнита с честью выдержала повышение электрического тока до номинальных 20 тысяч ампер.

В скором времени будут проведены еще несколько дополнительных испытаний нового электромагнита и лишь после этого магнит займет свое постоянное место на испытательном стенде зала Neutron Hall II центра HZB, что должно произойти к концу этого года.