Надпровідний магніт 35,6 тесла: науковий прорив Китаю

Пекінські інженери представили надпровідний магніт, що змінює правила гри у науці

28 січня 2026 року вчені з Пекіна оголосили про встановлення нового рекорду для повністю надпровідного дослідницького магніту спільного використання. Пристрій досяг магнітної індукції у 35,6 тесла (близько 356 000 гаусів) у центрі магніту, при цьому діаметр корисного отвору склав 35 міліметрів.

За словами дослідників, це поле більш ніж у 700 000 разів перевищує магнітне поле Землі та у 12–24 рази сильніше за поле стандартного апарата МРТ. Проте, як зазначає видання Econews, рекордний показник — це лише частина історії.

Надпровідність — це властивість певних матеріалів проводити електричний струм без втрат енергії після охолодження нижче критичної температури. Це дозволяє потужним магнітам працювати без зайвого розсіювання енергії у вигляді тепла. У практичному сенсі це означає, що тривалі експерименти стають економічно вигіднішими, оскільки система не потребує постійних витрат на електроенергію.

Наскільки потужні 35,6 тесла?

Магнітні поля вимірюються в теслах, але для багатьох зрозумілішою є одиниця виміру — гауси. Один тесла дорівнює 10 000 гаусів. Для порівняння: магнітне поле Землі біля поверхні становить близько 0,5 гауса, а звичайний магніт на холодильнику — близько 100 гаусів.

Поле нового магніту перебуває у діапазоні, з яким можна зіткнутися лише у спеціалізованих лабораторіях. Найближчим аналогом у повсякденному житті є апарати МРТ, які використовуються у лікарнях. Більшість клінічних систем працюють на рівні 1,5 тесла, деякі — на 3 тесла, а дослідницькі сканери під суворим контролем можуть досягати вищих показників. Саме тому стрибок до 35,6 тесла відкриває принципово нові можливості для науки.

Магніт для спільного користування

Цей пристрій класифікується як "користувацький магніт" — термін, що позначає обладнання, доступне для використання запрошеними дослідниками. Випробування проводилися на базі Синергетичної користувацької установки екстремальних умов, створеної для експериментів, які потребують надзвичайно сильних магнітних полів.

У офіційному повідомленні підкреслюється, що переваги від використання магніту отримають як внутрішні, так і міжнародні наукові групи. Установка розташована у Наукограді Хуайжоу, приблизно за 60 кілометрів від центру Пекіна. З моменту запуску у 2022 році тут уже проводилися експерименти за участю інститутів з 11 країн.

Доступ до магніту здійснюється через конкурсний процес подання заявок, який надає схваленим командам безкоштовний час для досліджень. Така модель перетворює рекордний магніт на спільний ресурс, подібний до бронювання часу на телескопі.

Як працюють надпровідники?

Надпровідність часто називають "електрикою без тертя". У звичайних провідниках електрони втрачають енергію через зіткнення з атомами, що призводить до нагрівання. Надпровідники ж уникають цього ефекту, якщо їх охолодити до критично низьких температур. Менше нагрівання дозволяє подавати вищі струми, що, у свою чергу, створює сильніші магнітні поля.

Рекордний магніт використовує внутрішній магніт з високотемпературного надпровідника, розміщений усередині традиційного надпровідного зовнішнього магніту. У статті, опублікованій у журналі ScienceDirect, описано використання матеріалу REBCO — стрічкового надпровідника, який зберігає свої властивості у сильніших полях, ніж попередні покоління надпровідників. Це схоже на встановлення потужнішого двигуна для досягнення вищих показників.

Стабільність, що вимірюється днями

Багато надпотужних магнітних полів створюються у вигляді короткочасних імпульсів, що обмежує можливості досліджень. Однак цей магніт здатний утримувати максимальне поле понад 200 годин (понад вісім діб), що, за словами Ло Цзяньліня з Інституту фізики, "значною мірою задовольняє потреби наукової спільноти".

Серед можливих застосувань — ядерний магнітний резонанс (ЯМР), метод, споріднений з МРТ, який дозволяє вченим детально вивчати молекулярну структуру. Тривалий час роботи магніту відкриває можливості для повторних експериментів, перевірки несподіваних результатів та проведення більш тривалих сканувань без поспіху. Саме така стабільність часто стає ключем до наукових відкриттів.

Хто створив магніт і які наступні кроки?

Розробка магніту стала результатом співпраці кількох наукових установ. Інститут електротехніки очолив проектування та інтеграцію системи, а група фізиків відповідала за моніторинг та точні вимірювання.

Керівник проекту Ван Цюлян зазначив, що команда стикається з "інженерними викликами", а наступною метою є досягнення 40 тесла, а також розширення отвору магніту та зниження експлуатаційних витрат. Ці покращення визначатимуть, наскільки широко зможуть використовувати такий магніт науковці у майбутньому.

Наступним важливим етапом стане не лише підвищення потужності, а й збільшення кількості корисних годин для досліджень. У повідомленні установки за березень 2026 року йдеться про два щорічні вікна для подання заявок, після чого схвалені команди зможуть бронювати час на різних експериментальних станціях. Таким чином, реальний вплив магніту вимірюватиметься не лише рекордними показниками, а й науковими результатами, які він допоможе отримати.

Місце нового магніту у світовій гонці за потужністю

Рекорд у 35,6 тесла встановлено для повністю надпровідного магніту спільного користування, а не для найсильнішого стійкого поля будь-якого типу. У загальному рейтингу стійких магнітних полів лідером залишається гібридний магніт у Хефеї, який 12 серпня 2024 року досяг 45,22 тесла (близько 452 200 гаусів) завдяки поєднанню резистивної вставки та надпровідного зовнішнього магніту.

Різні конструкції магнітів оптимізовані під різні завдання. Наприклад, у Національній лабораторії високих магнітних полів США гібридний магніт на 45 тесла поєднує надпровідний магніт на 11,5 тесла з резистивним на 33,5 тесла. Однак резистивна частина споживає близько 33 мегават енергії та потребує 15 141 літра охолоджувальної води на хвилину.

Повністю надпровідні магніти прагнуть зменшити ці витрати, але забезпечити стабільність у таких умовах — надзвичайно складне завдання. Саме тому результат у 35,6 тесла викликає такий інтерес у науковій спільноті.