35,6 тесла, 200 часов стабильности и новый мировой рекорд. Зачем Китаю понадобился магнит на 35,6 тесла

Китайские физики научились делать магнитные поля такой силы, что привычные лабораторные установки рядом с ними выглядят как игрушки. На этой неделе в Пекине на национальной экспериментальной площадке удалось разогнать полностью сверхпроводящий исследовательский магнит до 35,6 тесла, и для «пользовательских» систем этого класса это новый мировой ориентир.

О достижении сообщила Китайская академия наук: речь идет о так называемом all-superconducting user magnet, то есть магните, который целиком построен на сверхпроводниках и рассчитан не на разовую демонстрацию, а на регулярные эксперименты внешних научных групп. Установка работает в составе комплекса Synergetic Extreme Condition User Facility (SECUF) в научном городе Хуайжоу на окраине Пекина, где под одной крышей собраны режимы «крайних условий»: сверхнизкие температуры, сильные магнитные поля, сверхвысокие давления и сверхбыстрые оптические системы.

Главная цифра здесь не только 35,6 Т, но и то, что поле доступно для реальных измерений: диаметр «рабочего окна» (апертуры) составляет 35 мм. Это важно, потому что в сильных магнитах часто приходится выбирать между рекордом и удобством для пользователей, а для экспериментов нужны и мощность, и место, куда можно поместить образец и датчики.

Для понимания масштаба: 35,6 тесла примерно в 12-24 раза сильнее поля медицинского МРТ, а по сравнению с магнитным полем Земли разница исчисляется сотнями тысяч раз. Такие режимы позволяют наблюдать, как ведут себя материалы и квантовые системы там, где «обычные» лаборатории просто упираются в физические ограничения.

Проект делали сразу несколько институтов в составе Китайской академии наук. Институт электротехники отвечал за проектирование, изготовление и сборку самого сверхпроводящего магнита, а Институт физики занимался сложными задачами контроля состояния системы и точных измерений для высокотемпературных сверхпроводящих компонентов. Ранее эта же система выходила на более низкие значения, а затем ее дорабатывали: улучшали материалы, оптимизировали конструкцию и оттачивали производство, не уменьшая рабочую апертуру.

Отдельный акцент разработчики делают на стабильности. По словам исследователя Ло Цзяньлиня (CAS), установка способна удерживать максимальное поле более 200 часов и хорошо стыкуется с другими «тяжелыми» режимами, например со сверхнизкими температурами и высоким давлением. Это расширяет набор измерений, которые можно проводить в таком поле, включая ядерный магнитный резонанс, измерение теплоемкости и магнитострикции.

SECUF, где стоит магнит, прошел национальную приемку и задуман как открытая платформа для исследователей из Китая и других стран. В Китайской академии наук подчеркивают, что такие поля нужны и фундаментальной физике, и прикладным задачам: от новых материалов и технологий энергии до более точных методов анализа биомолекул и направлений в медицине, где важны управляемые магнитные среды.