به تازگی چین توانسته با ساخت یک مگنت مقاومتی با میدان مغناطیسی پایدار 42 تسلا، رکورد جهانی جدیدی را به نام خود ثبت کند. این مگنت جدید که توسط آزمایشگاه میدان مغناطیسی بالای موسسه علمی هفئی در آکادمی علوم چین (CHMFL) ساخته شده، موفق شده رکورد قبلی 41.4 تسلای آمریکا را که از سال 2017 بدون رقیب باقی مانده بود، بشکند. برای آنکه به بزرگی چنین دستاوردی پی ببرید، بد نیست بدانید که مگنت مقاومتی 42 تسلای چین 800,000 برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی طبیعی زمین است!
توضیح: واژه “مگنت” به معنای آهنربا است، اما در تحقیقات علمی و آزمایشگاهی به معنای دستگاه یا سیستم‌های پیشرفتهای است که می‌توانند میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی ایجاد کنند. آهنرباهای معمولی مانند آهنرباهای دائمی که در زندگی روزمره می‌بینیم، نمی‌توانند به میدان‌های مغناطیسی در حد تسلا برسند. در مقابل، مگنت‌های مقاومتی یا ابررسانا که در آزمایشگاه‌های پیشرفته تولید می‌شوند، قادرند میدان‌های مغناطیسی بسیار قدرتمندی ایجاد کنند که برای انجام آزمایش‌های علمی خاص و پژوهش‌های پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اهمیت دستاورد جدید چین در فناوری مگنت‌های مقاومتی
این مگنت 42 تسلا که توسط تیمی از دانشمندان و مهندسان چینی طراحی و ساخته شده، نشانگر یک پیشرفت بزرگ در فناوری مگنت‌های مقاومتی است. اهمیت این دستاورد به دلیل آن است که مگنت‌های مقاومتی به دانشمندان و پژوهشگران این امکان را می‌دهند تا با کنترل بهتر بر میدان مغناطیسی، شرایط آزمایشی ایده‌آل‌تری برای کشف پدیده‌های جدید و بررسی قوانین نوین علمی فراهم کنند. همچنین، این دستاورد فناوری مهمی برای ساخت مگنت‌های قدرتمندتر در آینده در کشور چین محسوب می‌شود و زیرساخت‌های لازم برای پیشرفتهای بعدی در این زمینه را فراهم می‌آورد.
چالش‌های طراحی و ساخت مگنت 42 تسلا
ساخت مگنت مقاومتی 42 تسلا نیازمند بهبود قابل توجهی در طراحی و فرآیند ساخت بود. پس از چهار سال تلاش مستمر، دانشمندان توانستند با بازبینی ساختار مگنت و بهینه‌سازی فرآیند ساخت، در نهایت میدان مغناطیسی پایدار 42 تسلا را با استفاده از یک منبع تغذیه 32.3 مگاواتی تولید کنند. این مقدار از میدان مغناطیسی تا پیش از این تنها در رکورد 41.4 تسلا که توسط آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالای آمریکا در سال 2017 به ثبت رسیده بود، مشاهده شده بود.
مقایسه میان مگنت‌های مقاومتی، ابررسانا و ترکیبی
در فناوری مگنت‌ها، سه نوع اصلی مگنت‌های ثابت وجود دارد: مگنت‌های مقاومتی، مگنت‌های ابررسانا و مگنت‌های ترکیبی (که به ترکیب مگنت‌های مقاومتی و ابررسانا گفته می‌شود). در این بین، مگنت‌های مقاومتی با انعطاف‌پذیری و کنترل سریع‌تر میدان مغناطیسی، از جمله مهمترین مگنت‌هایی هستند که در تحقیقات علمی به کار گرفته می‌شوند. اگر چه مگنت‌های ابررسانا نیز می‌توانند میدان‌های مغناطیسی قوی تولید کنند، اما تا به امروز مگنت‌های مقاومتی توانسته‌اند میدان‌های مغناطیسی به مراتب بالاتری نسبت به ابررساناها تولید کنند.
یکی از مقامات علمی CHMFL، پروفسور گوانلی کوانگ (Guanli Kaung)، در توضیح توسعه این فناوری، مگنت‌های مقاومتی و ابررسانا را به بازیکنان حرفه‌ای در تک بازی‌ها و مگنت‌های ترکیبی را به ترکیب‌های دو نفره در مسابقات تنیس تشبیه کرده است. او به رکورد سال 2022 اشاره نموده که چین توانست با ساخت مگنت ترکیبی 45.22 تسلا به بالاترین رکورد جهانی در آن زمان دست پیدا کند و عنوان قهرمانی را به دست آورد. کوانگ این دستاورد جدید را به پیروزی در یک مسابقه تک‌نفره تشبیه کرد و گفت: «در سال 2022، ما در مسابقات دوبل قهرمان شدیم و اکنون در بازی تک‌نفره نیز پیروز شدیم.»
اهمیت میدان‌های مغناطیسی بالا در علم مواد و کشف‌های علمی
میدان مغناطیسی بالا به عنوان یکی از شرایط آزمایشی منحصر به فرد در تحقیقات علمی، نقش بسیار مهمی در علم مواد و دستاوردهای علمی دارد. در چندین دهه گذشته، دانشمندان در سراسر جهان با استفاده از میدان‌های مغناطیسی بالا، به کشف‌های برجسته‌ای دست یافتند و بیش از 10 جایزه نوبل در حوزه‌های مختلف علمی از جمله فیزیک و شیمی به این دستاوردها اختصاص یافته است.
پیشرفت در فناوری مگنت‌ها، به دلیل امکان‌پذیر ساختن شرایط آزمایشی ویژه‌ای که در حالت عادی قابل دستیابی نیستند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای مثال، در علم مواد، میدان‌های مغناطیسی بالا به دانشمندان اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های جدیدی در مواد شناسایی کنند که در میدان‌های معمولی به چشم نمی‌آیند. همچنین، این میدان‌های بالا می‌توانند به تحلیل و بررسی رفتار الکترون‌ها و پدیده‌های کوانتومی در شرایطی که به دست آوردن آن‌ها دشوار است، کمک کنند.
آزمایشگاه‌های میدان مغناطیسی بالا در جهان
در حال حاضر، تنها پنج آزمایشگاه بزرگ در سطح جهان وجود دارند که به تحقیق در زمینه میدان‌های مغناطیسی بالا مشغول هستند. این آزمایشگاه‌ها در کشورهای چین، فرانسه، ژاپن، هلند و ایالات متحده قرار دارند و هر یک در توسعه فناوری‌های جدید و ایجاد زیرساخت‌های لازم برای تحقیقات علمی با میدان‌های مغناطیسی بالا، نقش حیاتی ایفا می‌کنند.
چین با توسعه فناوری مگنت‌های مقاومتی و ترکیبی، موفق شده است که جایگاه مهمی را در این زمینه به دست آورد و هم‌اکنون با ثبت رکورد جدید 42 تسلا، توانایی علمی و فناوری خود را در سطح بین‌المللی به اثبات برساند. این دستاورد نه تنها رقابت علمی را میان کشورها در حوزه فناوری‌های پیشرفته تشدید کرده، بلکه اهمیت تحقیقات و پیشرفتهای علمی چین را در سطح جهانی افزایش داده است.
چشم‌انداز آینده در زمینه فناوری مگنت‌ها
چین با دستیابی به رکورد جدید، گام بلندی به سمت آینده‌ای روشن در حوزه فناوری مگنت‌ها برداشته است. توسعه مگنت‌های مقاومتی و ابررسانا و همچنین ترکیب این دو فناوری، بستری مناسب برای دستاوردهای علمی و تحقیقاتی گسترده‌تری فراهم می‌کند. با وجود اینکه فناوری‌های کنونی به پیشرفتهای بسیاری در تولید میدان‌های مغناطیسی قوی دست یافته‌اند، همچنان چشم‌انداز ساخت مگنت‌هایی با میدان‌های بالاتر و شرایط آزمایشی پیشرفته‌تر از جمله اهداف پژوهشی کشورهای پیشرو در این زمینه قلمداد می‌شود. این دستاورد جدید همچنین نشانگر توانایی و پشتکار علمی دانشمندان و مهندسان چینی است که با تلاش و خلاقیت در بهینه‌سازی فرآیندهای ساخت و طراحی، موفق به ایجاد شرایط آزمایشی ایده‌آلی برای محققان در سراسر جهان شده‌اند.
