高磁场超导磁体的新时代——开辟科学,纳米技术和材料发现的新领域

发表于:2018-01-15 来源:材料科技在线
关键词: 超导磁体

2017年12月8日,牛津仪器公司热烈祝贺国家强磁场实验室(NHMFL)的合作伙伴成功示范了32特斯拉超导磁体的使用。对于高磁场的研究是高磁场领域的里程碑,对研究新材料科学具有重大意义。它增强了我们对超导体和纳米材料的理解和认识,带领我们探索新的纳米器件和应用。

33T的超导系统由两个主要部分组成,外插部分是通过牛津仪器纳米科学公司(OINS)在4.2开尔文下使用先进的低温超导体(LTS)材料开发的直径250毫米的孔磁体来提供15T的磁通量。 内嵌部分是NHMFL的同事们使用超级电力公司制造的先进高温超导体(HTS)材料开发出的直径34毫米冷膛来提供17T的磁通量。两个部分都由NHMFL团队在低温系统中整合,再由OINS开发的。

在设计和制造这种高端超导磁体时,要克服三个挑战:磁线圈内部的应力,磁体内存储的高能量的管理以及LTS和HTS线圈的集成。为了管理极大的线圈应力,OINS将广建模与新型制造技术相结合,以生产可靠的高磁场LTS线圈以满足需求。

全磁场中所储存的能量是巨大的,大约10MJ (兆焦耳)。 如果磁体“淬火” ,它就会迅速失去超导性,那么所储存的能量就会在几秒钟内就可以安全地消散。新的淬火能量管理系统被开发出来,来管理LTS外插部分的32T磁体的高能量,并在全面集成磁体系统之前进行了广泛的测试。

牛津仪器纳米科学的合作经理——ZiadMelhem博士说:“我们很高兴在超导体技术方面取得里程碑式的成就。 这是在过去五年中与NHMFL的同事和合作伙伴在产品设计和开发的各个阶段密切合作的直接结果。 这为使用LTS和HTS材料研究超导创造了新的纪录。 新的磁体系统将有助于加速材料研究,并使纳米材料和器件获得新的创新和发现。”

新磁体代表了磁体设计和超导材料的一个里程碑。一个世纪前荷兰物理学家,诺贝尔奖得主H Onnes教授发现了这一现象,并于1960年牛津仪器公司生产了第一个商用超导磁体,紧接着 OI于1970年开发了商用磁共振成像(MRI)系统并首次用于医疗应用。

项目发起人——HuubWeijers博士说:“在这个项目中,我们探索了磁性科学的新领域,并首次达到满足所有规格要求的全磁体。 这只有在你有一个经过深思熟虑后的概念时才有可能,Denis Markiewicz就是在这种情况下将概念进一步完善起来的。一个伟大的团队可以处理项目所需要的各种任务,并解决随之而来的每一个问题。 我们的行业合作伙伴一直是团队中不可分割的一部分,而且我们都致力于提供优秀的产品,即使事先未必确定所有的事情都能够做到。 我认为我们对结果以及我们能够实现它们的合作方式感到满意。”

超导体是一种先进的材料,导电体不会产生热损失。不像铜,电子摩擦会导致热量损失,需要大量的电力并冷却到高磁场。到目前为止,所有的超导体都是由LTS材料制成,将磁通量限制在24T。 但是在1986年,科学家发现了第一种高温超导材料可以在高于24T的高磁场下运行。当HTS被首次发现时,它在科学界引起了巨大的轰动并获了奖。

牛津仪器纳米科学的商务总监Michael Cuthbert博士说:“这种磁体的完成证实了牛津仪器公司开发最先进的高磁场超导体系统的世界级能力。我们在开发和制造独特的超导磁铁产品方面的良好记录,是我们的承诺,使我们的客户能够突破他们的研究范围,并促进在紧凑的实验室规模环境下实现高磁场的国家设施级性能。”

NHMFL主任——Greg Boebinger博士说:“我们非常重视与牛津仪器纳米科学的合作关系,我们共同庆祝这种将HTS和LTS线圈与新型淬火保护技术整合在一起的新范例。它创造一个革命性的32T磁体,并广泛适用于科学实验。 这的确是激动人心的时刻。”

与低温结合的高磁场是研究,修改和控制物质新状态的关键性辅助手段。物理和生命科学研究界需要高磁场来探索纳米科学,纳米技术,生物科学和材料的新领域。超导体提供高磁场,无需巨大的功耗且对常导磁体的大型基础设施没有太大的要求。32T紧凑磁体将使先进材料的新发现和创新成为可能,对于纳米级材料,将进行快速研究和开拓性研究。

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