日本科學家在實驗室意外創造室內最強人造磁場

實驗時所產生的巨大電流(圖:東京大學)

東京大學的研究人員為了測試新發電機系統的材料特性,而在實驗室中製造人造磁場,原本預期達到峰值約 700 T(Tesla,磁場強度單位)的磁場強度,但反而意外產生出高達 1,200 T 的磁場,並持續 100 微秒。日常生活常見的冰箱磁鐵的磁場強度只有 0.01 T

室內最強人造磁場

此次產生的磁場強度,是目前為止在室內所產生的最強人造磁場。東京大學物性研究所嶽山正二郎教授表示,他們使用一種稱為電磁通量壓縮(electromagnetic flux-compression)的技術。該技術將磁場快速擠壓至極小空間,讓磁場強度短暫達到尖峰。

這種技術自 1940 年代就已存在,但早期依靠使用大量的黃色炸藥,來產生足以壓縮磁場的爆炸。這種技術的缺點是只能使用一次,因為爆炸會摧毀設備,也很難重複實驗和控制爆炸。俄羅斯科學家曾在 2001 年使用黃色炸藥製造出 2,800 T 的磁場,是迄今最強的人造磁場,但實驗在戶外進行,而且該次實驗後隨即引發爆炸,導致實驗設備損毀。

實驗方法

此次東京大學的實驗並非使用黃色炸藥來產生磁場,而是將 3.2 百萬焦耳(megajoules)的巨大能量送入發電機,讓小線圈產生的弱磁場以 3 萬 2 千公里的時速快速壓縮,過程中發電機的電流高達 400 萬安培,相當於閃電的數百倍。當線圈被壓縮到極限,會回彈並產生強大的衝擊波,破壞線圈和發電機。

為了保護研究人員不受到衝擊波的影響,他們為發電機建造了一個鐵製防護外殼。然而,這個防護外殼只能承受約 700 T 磁場的衝擊波,因此 1,200 T 磁場產生的衝擊波,最終導致外殼的鐵門被炸毀。在對發電機進行調整並重建外殼之後,研究人員計劃下次將 5 百萬焦耳的能量輸入發電機,估計可產生約 1,500 T 的磁場。

可應用於核融合

根據研究人員的說法,這個實驗不僅可以深入了解不同材料在強磁場中的變化,還可能應用於核融合的過程。許多先進的核融合反應爐設計,需要在短時間內施加數千 T 的強磁場,這個需求與他們實驗的結果極為相似。

研究人員表示:「在 40 年前, 1,000 T 量級的磁場仍只能在不穩定、無複雜控制、以爆炸驅動的複雜系統中產生。因此人們可以毫無疑問地說,目前的結果代表進入了將超強磁場用於固態研究與核融合相關實驗的新時代。」

 

參考資料:

  1. Nakamura, D., Ikeda, A., Sawabe, H., Matsuda, Y. H., & Takeyama, S. (2018). Record indoor magnetic field of 1200 T generated by electromagnetic flux-compression. Review of Scientific Instruments, 89(9), 095106. doi:10.1063/1.5044557
  2. Oberhaus, D. (2018, September 27). Watch Scientists Accidentally Blow Up Their Lab With The Strongest Indoor Magnetic Field Ever. Retrieved October 3, 2018.
  3. Jarman, S. (2018, September 21). Indoor record for magnetic field strength is smashed by physicists in Japan. PhysicsWord
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實習編輯,初出茅廬的社會新鮮人,在生活的庸碌中探索理想、生活還有理想的生活的模樣。

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