Найпотужніший магніт у світі. Найпотужніший магніт у світі: особливості, властивості та характеристики

Ще в Стародавньому Китаїзвернули увагу на властивість деяких металів притягувати. Це фізичне явищеотримало назву магнетизм, а матеріали, що мають цю здатність, назвали магнітами. Зараз ця властивість активно використовується в радіоелектроніці та промисловості, а особливо потужні магніти використовують, у тому числі і для підняття та транспортування великих обсягів металу. Застосовуються властивості цих матеріалів і в побуті – багатьом відомі магнітні листівки та літери для навчання дітей. Які магніти бувають де їх використовують, що таке неодимовий, про це розповість цей текст.

Види магнітів

У сучасному світіїх класифікують за трьома основними категоріями за типом створюваного ними магнітного поля:

• постійні, що складаються з природного матеріалу, Що володіє цими фізичними властивостяминаприклад, неодимові;
• тимчасові, що мають ці властивості під час знаходження в полі дії магнітного поля;
• електромагніти – це витки дроту на сердечнику, що створюють електромагнітне поле під час проходження енергії по провіднику.

У свою чергу, найпоширеніші постійні магніти поділяються на п'ять основних класів, за своїм хімічним складом:

• феромагніти на основі заліза та його сплавів з барієм та стронцієм;
• неодимові магніти, що мають у своєму складі рідкоземельний метал неодим, у сплаві із залізом та бором (Nd-Fe-B, NdFeB, NIB);
• самарієво-кобальтові сплави, що мають порівняні з неодимовим магнітні характеристики, але водночас ширший температурний діапазон застосування (SmCo);
• сплав Альнико, він же ЮНДК, цей сплав відрізняється високою корозійною стійкістю та високою температурною межею;
• магнітопласти, що є сумішшю магнітного сплавузі сполучною, це дозволяє створити вироби різних формта розмірів.

Сплави магнітних металівкрихкі та досить дешеві вироби, що мають середні якості. Зазвичай це сплав оксиду заліза з феритами стронцію та барію. Температурний діапазон стабільної роботи магніту не вищий за 250-270°C. Технічні характеристики:

• коерцитивна сила – близько 200 кА/м;
• залишкова індукція – до 0,4 Тесла;
• середній термін служби – 20-30 років.

Що таке неодимові магніти

Це найбільш потужні з постійних, але в той же час досить тендітні та нестійкі до корозії, в основі цих сплавів лежить рідкоземельний мінерал – неодим. Це найсильніший магніт із постійних.

Характеристики:

• коерцитивна сила – близько 1000 кА/м;
• залишкова індукція – до 1,1 Тесла;
• середній термін служби – до 50 років.

Їх застосування обмежує лише низьку межу температурного діапазону, для найбільш термостійких марок неодимового магніту це 140°C, тоді як менш стійкі руйнуються при температурі понад 80 градусів.

Самарієвокобальтові сплави

Що мають високі технічні характеристики, але в той же час дуже дорогі сплави.

Характеристики:

• коерцитивна сила – близько 700 кА/м;
• залишкова індукція – до 0,8-1,0 Тесла;
• середній термін служби – 15-20 років.

Вони використовуються для складних умов роботи: високі температури, агресивні середовищата велике навантаження. Через порівняно високу вартість їх застосування дещо обмежене.

Альнико

Порошковий сплав з кобальту (37-40%) з додаванням алюмінію і нікелю також має гарні експлуатаційні характеристики, крім того здатність зберігати свої магнітні властивостіпри температурі до 550°C. Їх технічні характеристикинижче, ніж у феромагнітних сплавів і становлять:

• коерцитивна сила – близько 50 кА/м;
• залишкова індукція – до 0,7 Тесла;
• середній термін служби – 10-20 років.

Але, незважаючи на це, саме цей сплав найбільш цікавий для застосування науковій сфері. Крім того, додавання до сплаву титану і ніобію сприяє підвищенню коерцетивної сили сплаву до 145-150 кА/м.

Магнітопласти

Використовуються в основному в побуті для виготовлення магнітних листівок, календарів та інших дрібниць, характеристики магнітного поля трохи падають через меншу концентрацію магнітного складу.

Це є основні типи постійних магнітів. Електромагніт за принципом дії та застосування дещо відрізняється від таких сплавів.

Цікаво.Неодимові магніти використовуються практично повсюдно, у тому числі і в дизайні для створення парячих конструкцій, і в культурі для цих цілей.

Електромагніт та демагнітизатор

Якщо електромагніт створює поле при проходженні через витки обмотки електроенергії, демагнітизатор, навпаки, знімає залишкове магнітне поле. Застосовувати цей ефект можна з різною метою. Наприклад, що можна зробити демагнітізатором? Раніше демагнітизатор використовувався для розмагнічування головок магнітофонів, кінескопів телевізорів і виконання інших функцій подібного роду. Сьогодні його найчастіше застосовують у кілька незаконних цілях для розмагнічування лічильників після застосування на них магнітів. Крім того, цей пристрій можна і потрібно застосовувати для зняття залишкового магнітного поля з інструментів.

Складається демагнітізатор зазвичай зі звичайної котушки, інакше кажучи, за пристроєм цей прилад повністю повторює електромагніт. На котушку подається змінна напруга, після чого пристрій, з якого ми знімаємо залишкове поле, забирається із зони дії демагнітизатора, після чого він відключається

Важливо!Використання магніту для «підкрутки» лічильника є незаконним і тягне за собою штраф. Неправильне використання демагнітизатора може призвести до повного розмагнічування приладу та його виходу з ладу.

Самостійне виготовлення магніту

Для цього достатньо знайти металевий брусок зі сталі або іншого феросплаву, можна використовувати складовий осердя трансформатора, після чого зробити обмотку. Намотати на сердечник кілька витків мідного обмотувального дроту. Для безпеки варто включити до схеми плавкий запобіжник. Як зробити потужний магніт? Для цього потрібно збільшувати силу струму в обмотці, чим вона вища, тим більша магнітна сила пристрою.

При включенні пристрою в мережу і подачі електроенергії на обмотку, пристрій буде притягувати метал, тобто фактично це справжнісінький електромагніт, нехай і кілька спрощеної конструкції.

Саме наші співвітчизники встановили рекорд Гіннеса наприкінці 50-х років ХХ століття, який досі не побили у жодній країні. Магніт був створений у Московській області (м. Дубна), в Об'єднаному інституті ядерних досліджень.

Для чого ж радянським фізикамзнадобився такий гігант? Цей магніт став "серцем" величезної установки, яка стала відомою у всьому світі як синхрофазотрон. Він призначався на дослідження мікросвіту. Його "батько" - знаменитий фізик Володимир Векслер.

Володимир Векслер

Синхрофазотрон - особливий виглядприскорювача заряджених частинок. Останні розганяються в установці до надвисоких швидкостей і, як наслідок, великих енергій. По тому, як вони взаємодіють з іншими атомними частинками, вчені-фізики становлять уявлення про властивості та будову матерії Одним із найважливіших параметрів синхрофазотронної установки є інтенсивність прискореного пучка частинок.

Синхрофазотрон

Чому ж магніт має такі значні розміри? Справа в тому, що пучок частинок у синхрофазотроні – слабофокусований. Він знаходиться у вакуумній камері, розміри якої становлять два метри на сорок сантиметрів. Тому, щоб утримувати частинки всередині кільця, необхідно надзвичайно сильне та потужне магнітне поле. Його забезпечив гігантський дубненський магніт.

Ідею радянських учених підхопили у всьому світі. Після запуску першого синхрофазотрона аналогічні проекти з'явилися у США та Швейцарії. Прискорювачі, побудовані за Останніми роками, - Суттєво модернізовані, але все так само засновані на принципах Векслера.

Яка доля магніта-гіганта? Він частково демонтований разом із прискорювачем. Перевезти його із Об'єднаного інституту просто неможливо. За понад півстоліття під вагою магніту будівля деформувалася. Тому якщо почати розбирати конструкцію для подальшого транспортування, інститут просто рухне. Планується залишити магніт на місці та перетворити його на музейний експонат. Як варіант, розглядається і спільне з французькими вченими будівництво нового прискорювача на основі старого. Усередину магніта-гіганта помістять кілька сучасних магнітів, а «старійшина» стане для них біологічним щитом.

В даний час на прискорювачі ведуться дослідні роботипо:

пошуку нових методів виробництва енергії;

Відкриття інноваційних можливостей для утилізації атомних відходів;

Досягнення стійкості мікросхем до впливу важких іонів.

Як уже згадувалося, на сьогоднішній день побити рекорд радянських учених ще нікому не вдалося. Але є спроби. Так, керівництво головного ядерного центру Індії зробило заяву про те, що збирається встановити найпотужніший і найбільший постійний магнітна південному сході країни, у провінції Таміл Наду. Імовірно, він важитиме понад 50 000 тонн. Використовувати гігант планують у нейтринній підземній обсерваторії. Її будівництво схвалено владою Індії ще 2010 року. Саме в ній індійські вчені мають намір досконало вивчити нейтрино, «здобуті» в ході експериментів на прискорювачі. Особливий інтересдля розробників проекту є здатність нейтрино переходити з однієї форми в іншу.

А поки що індійська обсерваторія існує лише на папері, дубненський магніт міцно займає заслужене місце в Книзі рекордів Гіннеса.

Для створення надпотужних магнітних полів необхідні наднизькі температури

Центр управління експериментами з висоти пташиного польоту

Центр управління експериментами у лабораторії NHMFL

Поки що відкрито всього десять таких зірок. Сила поля цієї зірки становить 100 млрд Тл (у міжнародній системі одиниць магнітне поле вимірюється в теслах). Для порівняння - у Землі всього 0,00005 Тл. Навряд чи ми колись створимо магніт порівнянної з магнетаром потужності. Але це не означає, що ми не намагаємось. Причини, через які вчені наполегливо намагаються побудувати все більш потужні магніти, варіюються від «а що буде, якщо?..» до реальної необхідності покращити медичне проекційне обладнання.

Рекорд поки що належить фахівцям з Національної лабораторії високих магнітних полів (NHMFL), розташованій у місті Таллахассі (Флорида). У грудні 1999 року вони запустили гібридний магніт. Він важить 34 т, висота його майже 7 м, і він може створити магнітне поле в 45 Тл, що приблизно в мільйон разів більше, ніж у Землі. Цього вже достатньо, щоб властивості звичайних електронних та магнітних матеріалівсильно змінилися.

Цей магніт, розроблений NHMFL, є дуже важливу віхуу будівництві МКС, вважає керівник лабораторії Джек Кроу.

Це вам не підкова

Якщо ви уявили собі гігантську підкову, на вас чекає розчарування. Флоридський магніт (див. фото зверху) фактично є двома, що працюють в системі. Зовнішній шар- Це надохолоджений, надпровідний магніт. Він найбільший з будь-коли створених такого роду. Його весь час охолоджують до температури, близької до абсолютному нулю. Використовується для цього система з надплинним гелієм – єдина у США, спеціально створена для охолодження цього магніту. А в центрі хитрої штуковини є потужний електромагніт, тобто дуже великий резистивний магніт.

Незважаючи на гігантські розміри системи, побудованої в NHMFL, майданчик для експериментів надзвичайно малий. Зазвичай експерименти проводять над об'єктами розміром не більше кінчика олівця. При цьому зразок укладають у пляшечку, на зразок термоса, щоб зберегти низьку температуру.

Коли матеріали піддаються впливу надвисоких магнітних полів, з ними починають творитися дуже дивні речі. Наприклад, електрони "танцюють" на своїх орбітах. Коли напруженість магнітного поля перевищує 35 Тл, властивості матеріалів стають невизначеними. Наприклад, напівпровідники можуть змінювати властивості сюди-туди: в один момент проводити струм, в інший — ні.

Кроу говорить, що потужність флоридського магніту протягом п'яти років буде поступово збільшена до 47, потім 48 і в кінцевому рахунку до 50 Тл, а результати досліджень вже перевершили найсміливіші його очікування: «Ми отримали все, на що сподівалися, і набагато більше. Наші колеги тепер долають нас проханнями надати їм можливість також експериментувати».

Застосування у медицині

У той час як NHMFL концентрує свої зусилля на «чистих» дослідженнях, більша частинарозробок у сфері потужних магнітів продиктовано необхідністю розвитку медичної техніки. Інститут мозку при Університеті штату Флорида стверджує, що йому належить найбільший магніт із усіх, що використовуються в томографії. Цей 24-тонний «бегемот» може виявити в мозку та хребті довгий списокхвороб та вад. Його потужність 11,7 Тл, що у 234 тисячі разів більше, ніж у Землі.

Чим сильніше магнітне поле, тим точніше і детальніше результати, які можна отримати при використанні технологій на кшталт ядерного магнітного резонансу (ЯМР). Один з поточних проектівпокликаний показати вплив паралічу та ліків, що застосовуються для його лікування, на клітини мозку. Дослідження функціонального ЯМР (фЯМР) покаже, скільки ліків точно споживали якісь клітини.

Технології ЯМР та ФЯМР працюють так. Спочатку за допомогою потужного магнітного поля ядра клітин вишиковуються в ряд, як голки компаса. Потім менш потужний магніт повертає ядра. При цьому виробляється вимірний сигнал, який фіксується і за допомогою комп'ютерів перетворюється на тривимірне зображення. Чим сильніші магніти, тим більше ядер зреагують на сигнал. На відміну від рентгенівських променів, які показують кістки та тверді тканини, ЯМР концентрується на м'яких тканинах.

Використання магнітів у медицині, що все розширюється, викликає природне питання — а чи корисно це? В останні роки було багато суперечок щодо впливу прилеглих ліній електропередач на людей і тварин. Але через те, що сила магнітного поля падає дуже швидко, людина, яка живе за якихось 15 м від лінії електропередач, отримує всього два мілігауси (мГс). Останні дослідженнякажуть на користь версії, що це не має жодного впливу на людину.

З іншого боку, не виявлено і абсолютно ніякого позитивного впливувід «натільних» магнітів, які часто продають як універсальний засібвід усіх хвороб - у тому числі артриту. Але мільйони людей по всьому земній куліце не зупиняє.

Найпотужніший магніт на Землі був створений у Лосс-Аламоській національній лабораторії, США. Він може генерувати магнітне поле в 100.75 Тл (Тесла), що у 2 мільйони разів потужніше магнітного поля Землі, яке становить 0.00005 Тл. Але це значення – ніщо в порівнянні з могутньою силоюприроди, яка створила у глибинах космосу найпотужніший магніт, колись виявлений людиною.

Цей магніт - один з різновидів нейтронної зіркияка називається магнетаром. Нейтронна зірка народжується, коли масивна зірка, накопичивши під кінець свого життя шари з різних хімічних елементіввибухає спалахом надновим. Ядер, що залишається після вибуху під дією сил гравітації, стискається настільки сильно, що електрони буквально «входять» у атомні ядра, перетворюючи протони на нейтрони. В результаті, майже вся новонароджена зірка складається з нейтронного ядра, а згори його оточує дуже тонка оболонка з електронів.

Діаметр нейтронної зірки становить близько 20 км. космічним масштабам. А зірка, що сколапсувала, могла мати радіус кілька мільйонів кілометрів, тому речовина, що вийшла в результаті, має неймовірну щільність — у мільйони разів щільнішу за воду: одна крапля такої речовини важить десятки мільйонів тонн. Такий різкий перехід від великого розмірудо малого збільшує частоту обертання нейтронної зірки та її магнітне поле до запаморочливих значень.

Нейтронні зірки, що мають особливо сильне магнітне поле і називають магнетарами.

Це цікаво: магнітне поле магнетарів настільки потужне, що здатне витягнути все залізо з людської кровіз відстані кілька тисяч кілометрів.

Даний тип колапсованих зірок був теоретично відкриті в 1992 році, але довести існування магнетарів на практиці вдалося лише в 1998 році, коли один з магнетарів виявив себе потужним спалахом рентгенівського випромінюванняу сузір'ї Орла. З розвитком техніки вдалося підтвердити існування в нашій галактиці десятків магнетарів, але один з них - SGR 1806-20 - має надзвичайно потужне магнітне поле, що становить 10 11 Тл (десять в одинадцятій мірі), що в квадрильйони разів сильніше магнітного поля Землі. Додаткові дослідження показали, що магнетар знаходиться на відстані 50 000 світлових років від Землі, його діаметр навряд чи перевищує 20 км, один оберт навколо своєї осі він здійснює за 7,5 секунд, а швидкість його обертання становить 30 000 км/год!

28 грудня 2004 року SGR 1806-20 вплив двадцятикілометрового магнетара, віддаленого 50 000 світлових років від Сонячна система, сповна відчула наша Земля – її околиць досягло гамма-випромінювання від вибуху лежить на поверхні магнетара. Підраховано, що менше ніж за півсекунди SGR 1806-20 виділив кількість енергії, еквівалентну кількості енергії, що виділяється Сонцем за 100 000 років. Якби людина могла бачити в гамма-діапазоні, то вибух на поверхні SGR 1806-20 у нічному небі був би яскравішим. повного місяця. Знаходься магнетар знаходився вп'ятеро ближче до Землі — наш озоновий шарбув би знищений. Але це не означає, що подібного не може статися будь-якої секунди - адже найближчий від Землі магнетар знаходиться на відстані 13 000 світлових років.

Для створення магнітних пристроїв вчені свого часу використовували різні матеріаливключаючи навіть такі екзотичні як платина. Однак потужність неодимового магніту залишала бажати кращого аж до 1982 року, коли були відкриті та застосовані чудові властивості неодиму. З того часу минуло всього кілька десятиліть, але вже зараз можна сказати, що цей рідкісноземельний елемент буквально підірвав технологічні процесирізних галузей промисловості. Прорив вдалося здійснити завдяки відразу декільком достоїнствам сплаву.

Характеристики магнітних виробів

По-перше, сьогодні ми з упевненістю можемо сказати, що з усього сімейства подібних пристроїв найпотужніші - неодимові магніти. По-друге, фантастична сила зчеплення - далеко не єдина перевага таких виробів. Чого тільки варта їхня знаменита стійкість до розмагнічування. У той час, як феритові аналоги за 20-30 років практично повністю втрачають свої характеристики, неодим стає слабшим лише на кілька відсотків. Отже термін його експлуатації практично необмежений. Всі, кому пощастило купити потужні неодимові магніти, змогли переконатися в їх значних характеристиках.

Крім того, на силу зчеплення магнітної продукції серйозно впливають її масогабаритні параметри. Іншими словами, чим масивніший виріб, тим більша сила знадобиться, щоб відірвати його від залізної поверхні. Навіть диск 50х30, який важить менше ніж півкілограма, не кожен зможе від'єднати від сталевої плити, адже для цього буде потрібно зусилля порівнянне з підйомом 116 кг. Тому всі, хто вирішив купити великий неодимовий магніт, повинні пам'ятати про запобіжні заходи у поводженні з ним. Намагайтеся зберігати предмети з неодиму подалі від масивних залізних речей, не давайте їх дітям, не піддавайте грубому механічному впливу – матеріал досить крихкий.

Магніти від декількох грамів до кількох кілограмів і зчеплення в кілька центнерів Ви зможете знайти в каталозі на сайті .