National MagLab crée un champ magnétique record avec une petite bobine compacte
«Le plus puissant champ magnétique au monde»
Un nouvel aimant gagne le titre de champ magnétique le plus puissant au monde du titan de métal qui le conservait depuis deux décennies au laboratoire national de champ magnétique de la Florida State University. Et ses fabricants disent que nous n’avons encore rien vu. Les scientifiques et les ingénieurs de MagLab ont trouvé un moyen de construire et d’utiliser des électroaimants plus puissants, plus compacts et plus polyvalent que jamais. Leurs travaux sont décrits dans un article publié dans la revue Nature.
"Nous ouvrons vraiment une nouvelle porte", a déclaré Seungyong Hahn, ingénieur au MagLab, qui est à l'origine du nouvel aimant et professeur associé au Collège d'ingénierie FAMU-FSU. "Cette technologie offre un très bon potentiel pour changer complètement les horizons des applications de haut champ en raison de sa nature compacte."
Ce nouvel aimant est un David courageux des Goliaths conventionnels du MagLab, a déclaré le directeur national du MagLab, Greg Boebinger.
"Il s'agit en effet d'une étape de miniaturisation qui pourrait potentiellement faire pour les aimants ce que le silicium a fait pour l'électronique. Cette technologie créative pourrait donner naissance à de petits aimants qui font de gros travaux dans des endroits tels que les détecteurs de particules, les réacteurs à fusion nucléaire et les outils de diagnostic en médecine."
Gary Ostrander, vice-président chargé de la recherche à la Florida State University, a déclaré que ce nouveau disque rendait hommage à l'ingéniosité du corps professoral et à la nature interdisciplinaire de la recherche au laboratoire. Les chercheurs ont conçu un exploit remarquable. Cette technologie montre vraiment à quel point ils peuvent créer quelque chose de spécial.
L'aimant miniature créé par Hahn et son équipe a généré un champ magnétique record de 45,5 teslas . Un aimant d'IRM hospitalier typique représente environ 2 ou 3 teslas, et l'aimant à champ continu le plus puissant au monde est l'instrument hybride de 45 teslas du MagLab, un monstre de 35 tonnes qui maintient ce record depuis 1999. Le 45-T, est toujours l'aimant le plus puissant au monde, permettant des recherches de pointe en physique sur les matériaux. Mais dans un test, l'aimant d'une demi-pinte inventé par Hahn, basculant la balance à 390 grammes, a brièvement dépassé le champ du champion en titre d'un demi tesla.
Comment quelque chose d'aussi petit pourrait-il créer un champ aussi grand?
En utilisant un nouveau conducteur prometteur et un nouveau design d'aimant. L'aimant de 45 T et l'aimant de test de 45,5 T sont tous deux construits avec des supraconducteurs, une classe de conducteurs dotés de propriétés spéciales, notamment la capacité de transporter de l'électricité avec un rendement parfait. Les supraconducteurs utilisés dans le 45-T sont des alliages à base de niobium , utilisés depuis des décennies. Mais dans l'aimant de preuve de principe de 45,5 T, l'équipe de Hahn a utilisé un composé plus récent appelé REBCO ( oxyde de cuivre, baryum et terres rares ) présentant de nombreux avantages par rapport aux supraconducteurs classiques.
Notamment, REBCO peut transporter plus de deux fois plus de courant qu'une section de même taille de supraconducteur à base de niobium. Cette densité de courant est cruciale: après tout, l’électricité traversant un électro-aimant génère son champ. Plus vous pouvez vous y installer, plus le champ est puissant. Le produit REBCO spécifique utilisé était également critique: des fils minces en papier en forme de ruban fabriqués par SuperPower Inc.
Le scientifique en chef du MagLab, David Larbalestier, qui est également professeur au Collège d'ingénierie FAMU-FSU, a vu la promesse du produit d'intégrer davantage de puissance dans un potentiel d'attraction record mondial et a encouragé Hahn à tenter sa chance. L'innovation de Hahn: un aimant supraconducteur sans isolation.
Cette conception protège l'aimant d'un dysfonctionnement connu sous le nom d'étouffement. Des étouffements peuvent se produire lorsque des dommages ou des imperfections dans le conducteur bloquent le courant de son chemin désigné, provoquant un échauffement du matériau et une perte de ses propriétés supraconductrices. Mais s'il n'y a pas d'isolation, ce courant suit simplement un chemin différent, évitant une coupure. Le fait que les spires de la bobine ne soient pas isolées les unes des autres signifie qu'elles peuvent partager le courant très facilement et efficacement afin de contourner n'importe lequel de ces obstacles.
La conception de Hahn présente un autre aspect amincissant en rapport avec les assouplissements: les fils et rubans supraconducteurs doivent incorporer du cuivre pour aider à dissiper la chaleur des points chauds potentiels. Sa bobine "sans isolation", composée de rubans d'une épaisseur de 0,043 mm seulement, nécessite beaucoup moins de cuivre que les aimants conventionnels. L’équipe a rapidement construit trois prototypes de plus en plus puissants, connus sous le nom de série Little Big Coil (LBC). Ils ont résolu des problèmes et utilisé des supraconducteurs toujours plus performants.
La conception LBC de Hahn est actuellement à l’étude pour l’utilisation dans un futur aimant supraconducteur potentiellement record qui fait maintenant l’objet d’une recherche et d’un développement financés par la National Science Foundation. En annonçant son nouvel aimant record du monde, le MagLab a montré qu'il continuait à être à la pointe de ce domaine et des percées qui s'ensuivraient.
Cette avancée accélérera les efforts visant à développer des aimants à haut champ énergétiquement efficaces et des nouvelles technologies.
