Es gibt einen Moment in einem Film oder Cartoon, in dem ein verrückter Wissenschaftler einen Schalter drückt oder zwei Chemikalien und einen Boom mischt, sein Labor explodiert und Rauch quillt aus den Fenstern und Türen. In der Realität wird zumindest in der Neuzeit von Laborexplosionen abgeraten. Ein kürzlich in Tokio durchgeführter Versuch mit Elektromagnetismus erzeugte jedoch das stärkste kontrollierte Magnetfeld, das jemals erzeugt wurde, berichtet Samuel K. Moore vom IEEE Spectrum, das stark genug ist, um die Explosionstüren des Labors aufzublasen.
Der Urknall kam, als Forscher der Universität Tokio 3, 2 Megajoule Elektrizität in eine speziell entwickelte Spule pumpten, um ein massives Magnetfeld zu erzeugen. Während die Forscher hofften, dass das Feld 700 Teslas erreichen würde, wurde das Gerät zur Messung der magnetischen Flussdichte oder der informellen Magnetfeldstärke verwendet. Stattdessen erreichte das Feld 1.200 Teslas. Das ist etwa 400-mal stärker als das leistungsstärkste MRT-Gerät, das drei Teslas produziert. Die resultierende Explosion bog den Eisenschrank auf, in den das Gerät eingeschlossen war, und stieß die Metalltüren auf.
"Ich habe das Eisengehäuse so entworfen, dass es ungefähr 700 T standhält", sagt der Physiker Shojiro Takeyama, leitender Autor der Studie in der Zeitschrift Review of Scientific Instruments, gegenüber Moore. „Ich habe nicht erwartet, dass es so hoch ist. Nächstes Mal werde ich es stärker machen. “
Zum Glück waren die Forscher selbst in einem Kontrollraum versteckt, der vor der Explosion geschützt war.
Also, was machten Takeyama und seine Kollegen, um mitten in Tokio massive Magnetbooms auszulösen? Rafi Letzer von LiveScience erklärt, dass Wissenschaftler seit mehreren Jahrzehnten zunehmend größere kontrollierte Magnetfelder verfolgen. Takeyama hat in den letzten 20 Jahren versucht, das 1000-Tesla-Niveau zu übertreffen und das Ziel mit diesem neuen Gerät zu erreichen.
Im Wesentlichen ist der Elektromagnet eine Reihe von Rohren, die aus einer Spule mit einer Kupferinnenspule bestehen. Wenn große Mengen an Elektrizität durch die Spulen geleitet werden, kollabiert die innere Spule mit einer Geschwindigkeit von Mach 15, was über 3 Meilen pro Sekunde liegt, in sich zusammen. Das Magnetfeld in der Spule komprimiert sich immer enger, bis es unglaublich hohe Werte erreicht. Dann bricht das Ganze in Sekundenbruchteilen zusammen und es kommt zur Explosion. Mit etwas mehr Technik und einigen stärkeren Türen glaubt das Team, dass sie ihr Gerät auf 1.800 Teslas bringen könnten.
Dies war nicht das größte Magnetfeld, das jemals von Menschen erzeugt wurde. Einige superstarke Felder werden von Lasern erzeugt, sind jedoch so klein und kurzlebig, dass sie schwer zu untersuchen oder zu verwenden sind. Takeyama erzählt Letzer, dass amerikanische und russische Forscher in der Vergangenheit einige groß angelegte Freilandversuche mit hochexplosiven Sprengstoffen durchgeführt haben, die um Magnetspulen gepackt waren und Felder mit bis zu 2.800 Teslas erzeugten. Aber auch diese sind unvollkommen.
„Sie können diese Experimente nicht in Labors in Innenräumen durchführen, daher führen sie normalerweise alles im Freien durch, wie Sibirien auf einem Feld oder an einem sehr weiten Ort in Los Alamos (New Mexico)“, sagt er. "Und sie versuchen, eine wissenschaftliche Messung durchzuführen, aber aufgrund dieser Bedingungen ist es sehr schwierig, genaue Messungen durchzuführen."
Das Tool des Teams kann jedoch in einem kontrollierten Labor verwendet werden und erzeugt ein relativ großes Feld, etwas weniger als ein Nanometer, das groß genug ist, um echte Wissenschaft zu betreiben. Laut einer Pressemitteilung soll ein kontrolliertes Magnetfeld erzeugt werden, das von Physikern genutzt werden kann. Die Hoffnung ist, dass das Feld so gut gesteuert werden kann, dass Materialien innerhalb des winzigen Feldes platziert werden können, sodass die Forscher die Elektronen an ihre „Quantengrenze“ bringen können, in der sich alle Teilchen in ihrem Grundzustand befinden, was die Eigenschaften offenbart, die die Forscher noch haben entdecken. In diesem Fall ist größer besser.
„Je höher das Feld, desto besser wird die Messauflösung“, sagt Takeyama gegenüber Moore am IEEE.
Die andere mögliche Anwendung - sobald sie die Explosionen aus dem System herausbekommen haben - ist die Verwendung in Fusionsreaktoren, einer Art Energieerzeugungsvorrichtung, bei der Plasma unter Verwendung eines starken Magnetfelds stabil gehalten wird, während sein Wasserstoff schmilzt und eine ähnliche Reaktion erzeugt das der Sonne und produziert fast grenzenlos saubere Energie. Laut der Veröffentlichung glauben die Forscher, dass sie in der Lage sein müssen, ein 1.000-Tesla-Magnetfeld zu steuern, um eine anhaltende Kernfusion zu erzeugen.
