Как создать сильные магнитные поля: Сверхмощный магнит сделали при помощи петельки из фольги и импульсного лазера. Он в сотни раз сильнее обычных магнитов, но намного меньше их и работает очень недолго – Наука

Сверхмощный магнит сделали при помощи петельки из фольги и импульсного лазера. Он в сотни раз сильнее обычных магнитов, но намного меньше их и работает очень недолго – Наука

Поле в несколько тесла соответствует медицинскому томографу. Такие поля могут притягивать все железные и стальные предметы в радиусе свыше метра, поэтому эксплуатировать их нужно очень осторожно. Разделить два таких магнита без специальных инструментов практически невозможно.

Поля в десять тесла и выше получают в больших электромагнитах, они нужны для того, чтобы управлять пучками элементарных частиц в ускорителях типа Большого адронного коллайдера. Поля еще мощнее вне микроскопических объемов получить практически невозможно. Этому мешают как технические ограничения (катушку разрывает сила Ампера), так и фундаментальные физические законы.

«В силу закона сохранения энергии увеличение силы поля без возрастания затрат энергии потребует уменьшения занимаемого им объема, — комментируют исследователи. — А большая концентрация энергии приводит к большому давлению и, как следствие, малому времени жизни таких полей».

Сегодня физики знают несколько методов получения магнитных полей, и один из самых перспективных основан на использовании мощных лазерных импульсов. Тем не менее ученые непрерывно ищут способ создать как можно более экстремальные поля наиболее простым способом. Обычно в качестве инструмента для этого физики рассматривают самые большие петаваттные лазерные установки. Впрочем, во Вселенной можно найти поля на много порядков мощнее, например, около вращающихся нейтронных звезд, но они недоступны для современных земных технологий.

Авторы новой статьи предложили использовать для создания магнитного поля очень короткий, продолжительностью в десятки фемтосекунд (1 фс = 10^–15 секунды) лазерный импульс, направленный на специальным образом изогнутую петлю из тонкой фольги. Объем, который ограничивает эта петля, составляет всего несколько микрометров в поперечнике, но именно благодаря компактному размеру взаимодействие излучения с металлом приводит к появлению очень мощного магнитного поля. В ходе работы ученые смоделировали несколько разных ситуаций — с разной формой петли и с разной продолжительностью лазерного импульса. Расчеты показали, что индукция магнитного поля для рассмотренных параметров может достигать семи тысяч тесла.

Мощное поле в рассмотренной системе возникает за счет тока, который создают покидающие металл электроны. Лазерный импульс выбивает электроны из одной пластины конденсатора на другую так, что на облучаемой пластине создается недостаток, а на тыльной — избыток электронов. Конденсатор замкнут проводником, через который система пытается как можно быстрее переместить заряд для того, чтобы прийти в равновесие. Ток получается при этом настолько сильным, что микроскопическая петля на очень короткое время становится на порядки более мощным магнитом, чем массивные устройства с толстыми сверхпроводящими кабелями.

Физики отмечают, что для реализации такой схемы лучше всего подходят компактные, так называемые настольные фемтосекундные лазеры. Как рассказал «Чердаку» один из авторов исследования Федор Корнеев, такие экстремально сильные поля можно применять не только стандартным для них образом, например для управления быстрыми частицами, генерации излучения или стабилизации плазмы, но и при исследовании высокоэнергетических астрофизических явлений в микрообъемах около фокуса лазерного пучка.

 Алексей Тимошенко

Центр сильных магнитных полей – Наука – Коммерсантъ

В Южно-Уральском государственном университете сотрудники лаборатории функциональных материалов изучают сверхпроводимость и квантовые кооперативные явления. Работа лаборатории — результат совместной деятельности челябинских вузов: ЮУрГУ и ЧелГУ. В будущем университеты намерены создать еще одну совместную исследовательскую площадку — Центр сильных магнитных полей.

Два ведущих вуза Челябинской области намерены создать в регионе Центр сильных магнитных полей. В нем ученые из Южно-Уральского государственного университета и Челябинского государственного университета будут изучать методику создания магнитных полей, свойства тел при воздействии этих полей на них, а также магнитные материалы.

Между научными коллективами двух вузов давно установилась прочная связь: совместные исследования проводятся в области математики, физики, химии. Лабораторией функциональных материалов, открытой в ЮУрГУ в 2017 году, руководит советник при ректорате ЧелГУ Дмитрий Батаев.

Сотрудники лаборатории изучают сверхпроводимость и квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах, материалы с памятью формы, с магнитокалорическим эффектом. Также в лаборатории работают с углеродными материалами и наноразмерными структурами.

«За три года было проведено немало успешных исследований. Прямо сейчас реализуется крупный международный российско-немецкий проект №18–42–06201 “Фундаментальные основы сжижения природного газа с помощью магнитного охлаждения”. Он финансируется РНФ-Helmholtz. Проект направлен на решение фундаментальной задачи физики конденсированного состояния и физики металлов и сплавов — разработку материалов с заданными свойствами, пригодных для применения в новой перспективной технологии сжижения газов с помощью магнитокалорического эффекта»,— рассказал руководитель лаборатории функциональных материалов ЮУрГУ Дмитрий Батаев.

Владимир Ховайло, доктор физико-математических наук, профессор, руководитель Центра энергоэффективности НИТУ МИСиС:

— Основные задачи создаваемого центра — это исследования магнитокалорического эффекта (МКЭ) в сильных магнитных полях, направленные прежде всего на разработку материалов для сжижения природных и криогенных газов, и исследования магнитных свойств материалов, перспективных для разработки новых постоянных магнитов, в частности, таких, которые не содержат редкоземельных элементов.

Очевидных преимуществ в повседневной жизни людей данные исследования не принесут. Тем не менее изучение магнитокалорического эффекта позволит создать технологию для ожижения как природных, так и криогенных (азот, неон, аргон, гелий) газов, что в итоге позволит удешевить стоимость природных газов для конечного потребителя. Что касается исследования новых постоянных магнитов, их разработка позволит снизить стоимость конечных продуктов, например электродвигателей, электроприводов и т. п., за счет уменьшения содержания в них дорогих редкоземельных элементов.

Российские центры и лаборатории сильных магнитных полей можно пересчитать на пальцах одной руки. Наиболее известные из них — это лаборатория сильных магнитных полей Института физики имени Киренского СО РАН, основная специализация которой — разработка экспериментальных методик измерений в сильных магнитных полях, исследование магнитных и транспортных свойств материалов (в частности, электросопротивления) в сильных магнитных полях. Также в этот список входит лаборатория сильных магнитных полей при Саровском физико-техническом институте, которая занимается разработкой систем для генерации сильных магнитных полей до 60 Тесла, это примерно в 60 раз больше, чем может быть создано при помощи самого мощного постоянного магнита. Как уже отмечалось выше, основной изюминкой центра при ЮУрГУ будет исследование МКЭ и магнитных свойств перспективных материалов для постоянных магнитов.

---

Ольга Квашенкина, руководитель лаборатории «Самоорганизующиеся высокотемпературные наноструктуры», доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ):

— Центр сильных магнитный полей Южно-Уральского государственного и Челябинского государственного университетов будет устроен по принципу любого научного центра. В нем наверняка будут организованы тематические кластеры, развивающие узкие научные направления, связанные с изучением магнитных полей, а также с изучением взаимодействия магнитный полей с окружающей средой. Мне кажется, вообще изучение магнитных взаимодействий довольно перспективная тема. Она всегда была интересна с точки зрения быстродействия: электрические взаимодействия в веществах медленнее, чем магнитные.

В плане прикладного значения можно выделить несколько направлений. Во-первых, это магнитные носители информации, а именно создание сверхъемкой памяти на основе регулирования магнитной доменной структуры на наноуровне. Это очень интересно, перспективно, так как касается в том числе и Data Science и пока коммерческого продукта в этой области еще не создано. Во-вторых, это элементы спинтроники — раздела квантовой электроники, занимающегося созданием электроники на основе спинового токопереноса, то есть, по сути, искусственной регуляции магнитных моментов электрона и общей доменной структуры вещества. Как итог — создание квантовых компьютеров и быстродействующих элементов для них. Надеюсь, что это наше скорое будущее. В этом направлении необходимо развиваться, и создание такого центра — верный шаг.

Подобный центр уже есть и функционирует в Нижнем Новгороде. При этом нужно помнить, что каждый центр уникален как с технологической, так и с научной точки зрения. Поэтому создание центра сильных магнитных взаимодействий дополнит и расширит конкурентное преимущество нашей страны как в научном, так, надеюсь, и в технологическом плане.

---

Антон Конаков, старший научный сотрудник НИЛ кафедры теоретической физики физического факультета Университета Лобачевского, кандидат физико-математических наук:

— Исследованиe магнитных явлений привлекает внимание человека не то что со времен гения науки Николы Теслы — еще с древних греков, а изобретение компаса, например, относят к промежутку времени ранее 1100 года до н. э. В современном мире различные приборы, использующие магнитные поля, стали незаменимым помощником человека: для магнитной записи информации, для магнитной сепарации, для магнитного охлаждения до сверхнизких температур или магнитного удержания плазмы. Не секрет, что один из наиболее распространенных сейчас диагностических методов в медицине — магнитно-резонансная томография — базируется на использовании сильных магнитных полей.

Исследования магнитных полей и магнитных явлений широко распространены в России и мире; центров магнитных исследований достаточно много, и они разбросаны от Лос-Аламоса (США) до Токио (Япония). Тематику таких исследовательских центров можно (достаточно условно) разделить на три направления:

1) Разработка новых методов получения стационарных и импульсных сильных и сверхсильных магнитных полей, создание установок для генерации сильных и сверхсильных магнитных полей. Расширение диапазона сильных магнитных полей и способов их генерации необходимо как в фундаментальной науке, например для создания ускорителей элементарных частиц и исследования уникальных явлений микромира, так и для решения прикладных задач, например для развития высокоскоростного железнодорожного транспорта. Создание сверхсильных магнитных полей также интересно в фундаментальной физике для понимания процессов, происходящих с веществом в звездах.

2) Исследование взаимодействия сильных и сверхсильных магнитных полей с веществом и биологическими объектами. В настоящее время это наиболее важно для приложений в биомедицине.

3) Разработка и изучение новых магнитных материалов с собственными уникальными характеристиками, а также исследование изменения их свойств во внешних магнитных полях. Новые магнитные материалы находят активное применение в новом направлении электроники — спинтронике, где управление происходит не только на уровне электронных, но и магнитных свойств объектов.

В России существует несколько научных центров и лабораторий, специализирующихся на исследованиях в области физики магнитных явлений и магнитных материалов: в Санкт-Петербургском политехе Петра Великого (специализация на создании новых устройств для генерации сильных и сверхсильных магнитных полей), в Екатеринбурге (город в связи с понятными географическими и геологическими причинами можно назвать российской столицей изучения магнитных явлений и магнитных материалов), в красноярском Институте физики им. Л. В. Киренского СО РАН (разработка методик создания сильных импульсных магнитных полей и исследование свойств магнитных материалов в сильных магнитных полях).

В Нижегородской области основные центры исследования магнитных полей — это Саров (РЦЯЦ ВНИИЭФ и СарФТИ), где в 2001 году был установлен до сих пор не побитый рекорд генерации импульсного сверхсильного магнитного поля амплитудой 3 кТл (в 2 тыс. раз больше, чем в традиционном МР-томографе), а также Нижний Новгород, где в Университете Лобачевского и Институте физики микроструктур РАН с 2000-х годов активно ведутся исследования новых материалов для полупроводниковой (Университет Лобачевского) и металлической (ИФМ РАН) спинтроники, получен ряд приоритетных на мировом уровне научных результатов.

Новый челябинский центр в ЮУрГУ и ЧелГУ объединяет в себе черты двух направлений — синтеза новых магнитных материалов для различных практических применений и исследования их свойств, в том числе магнитокалорических (с приложением в области магнитного охлаждения), в сильных магнитных полях, и является конкурентом научным центрам Екатеринбурга, Красноярска и Нижнего Новгорода.

---

Александр Семенов, заведующий кафедрой физической электроники и технологии СПбГЭТУ ЛЭТИ, доктор технических наук:

— Исследование физических эффектов в сильных магнитных полях является весьма актуальной задачей, требующей использования целого ряда уникального оборудования и экспериментальных стендов.

Инфраструктура центра позволяет проводить систематические исследования магнитокалорического эффекта в перспективных материалах, работающих при низких температурах в высоких магнитных полях. Результаты данных исследований создадут основу для разработки принципиально новой энергоэффективной технологии сжижения природного газа с помощью магнитного охлаждения, будут способствовать разработке новых эффективных магнитокалорических материалов и устройств на их основе. В рамках этого направления в центре могут изучаться фундаментальные проблемы физики магнитных явлений, связанные с исследованием влияния термических и механических воздействий на структурные, гистерезисные, магнитотепловые и иные физические свойства перспективных микро- и наноструктурированных магнитных материалов, которые в будущем могут стать основой новой технологии сжижения природного газа с помощью магнитокалорического эффекта.

При этом исследования, проводимые таким центром, носят важное прикладное значение. Природный газ является одним из основных источников энергии как в настоящее время, так и в обозримом будущем. Для хранения и транспортировки этого типа энергии требуется сжижение, но для этого процесса требуются сложные энергоемкие компрессорные устройства, работающие при криогенных температурах (при температурах ниже 150 К эффективность сжижения традиционными методами довольно низкая). В то же время существует принципиально иной подход к сжижению газов в качестве хранилища будущей энергии — технология магнитного охлаждения. Принимая во внимание недавний прогресс в разработке сверхпроводящих магнитов с магнитными полями до 15–22 Тл, этот тип охлаждения при криогенных температурах может вызвать революцию в технологии сжижения газа.

---

Александр Самардак, проректор Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) по научной работе (вуз — участник «Проекта 5–100»):

— Центры сильных магнитных полей — это элемент научной инфраструктуры, в котором сосредоточено дорогостоящее оборудование для исследований физических свойств материалов в широком температурном и полевом диапазонах. Как правило, такого рода центры комплектуются измерительными комплексами типа PPMS Quantum Design, а также импульсными источниками магнитного поля. Это очень сложное научное оборудование, так как измерения проводятся в широчайшем температурном диапазоне — от жидкого гелия до 1000 К, часть используемого оборудования криогенное.

Инфраструктура центров позволяет измерять большинство физических свойств материалов в широком диапазоне температур (от 4 до 1000 К) и магнитных полей (примерно от 0 до 14 Т для стационарных полей и до 50–70 Т для импульсных). В частности, можно исследовать сверхпроводимость, магнитные свойства, транспортные свойства, свойства материалов под давлением, оптические свойства, термодинамические характеристики и прочее. Полученная информация исчерпывающе характеризует исследуемые материалы. Возможность разработки своих измерительных модулей позволяет проводить уникальные научные эксперименты на мировом уровне.

Материалы, разрабатываемые и исследуемые в такого рода центрах, используют абсолютно во всех сферах науки и техники: в медицине, авиа- и кораблестроении, энергетике, приборостроении, микроэлектронике и т. д. За счет новых или улучшенных свойств материалов можно оптимизировать существующие или создать принципиально новые системы и оборудование. Приведу пример: если получится синтезировать безредкоземельные постоянные магниты на основе фазы тетратенита (это сплав FeNi), произойдет технологическая революция в области энергетики, так как эти материалы придут на замену дорогостоящим постоянным магнитам на основе редкоземельных элементов.

Комментарии подготовлены при поддержке «Проекта 5-100»

Принципы работы МРТ. Центр МРТ Верум в Ижевске

МРТ является одной из наиболее часто используемых технологий обработки изображений, хотя это относительно новая технология. Первая статья об этой технологии опубликована в 1973 году. Через год после этого первое изображение поперечного сечения живой мыши. Технология была впервые использована на человеческом теле в 1977 году, а с другой стороны, первое рентгеновское изображение человека было получено в 1895 году.

Возникновение технологии МРТ обусловлено большим развитием ядерного магнитного резонанса. Вот почему в первые годы эта технология называлась ядерной магнитно-резонансной томографией (ЯМРТ). Тем не менее, одна важная вещь о МРТ, о которой следует упомянуть, заключается в том, что эта технология не так опасна, как ее звук.

Физические принципы МРТ

Известно, что более 70% человеческого тела образованы молекулами воды, каждая из которых содержит два ядра водорода или протоны. Это означает, что почти в каждом человеческом органе и тканях содержится большое количество молекул воды. Между тем, ученые выяснили, что магнитные моменты некоторых протонов в молекулах воды совпадают с направлением поля, когда он был помещен в сильное магнитное поле. Это привело к тому, что это явление можно использовать для разработки новой передовой медицинской технологии обработки изображений, поэтому была изобретена МРТ. Конечно, чтобы получить изображение человеческого тела, следует использовать другие устройства и технологии.

Прежде всего, необходимо создать очень мощное магнитное поле. Чтобы создать это сильное магнитное поле, нам нужен радиочастотный передатчик. Функция этого устройства заключается в создании электромагнитного поля. Когда большое количество электронов, протекающих по металлическому кольцу вокруг устройства МРТ, генерируется сильное магнитное поле. Проще говоря, фотоны этого поля имеют только правую энергию, известную как резонансная частота, для переворота спина выровненных протонов. Чем более мощная и продолжительная продолжительность поля, тем больше будут задействованы совпадающие спины. Протон начнет распадаться в исходное состояние спин-вниз, и во время этой процедуры фотоны будут выпущены. Именно эта связь между напряженностью поля и частотой позволяет использовать ядерный магнитный резонанс для визуализации. Для различных частей тела человека может быть применено дополнительное магнитное поле, обеспечивающее простой способ контроля, где протоны активируются радиофотонами. Следует упомянуть, что когда градиентные катушки создают мощное магнитное поле, во время работы будут большие шумы. Поэтому необходимо предпринять некоторые усилия для уменьшения этого шума, в противном случае он может достичь приблизительно 130 децибел (порог человеческой боли), что будет очень вредно для человеческого организма

Принцип, по которому можно построить изображения, состоит в том, что различные органы или ткани внутри человеческого тела имеют разное количество молекул воды, поэтому различные положения человеческого тела возвращаются в равновесное состояние с разной скоростью. Используя компьютер для расчета, можно получить изображения органов и тканей. Иногда для визуализации МРТ можно использовать метод инъекции, который называется контрастными агентами. Контрастные агенты можно вводить внутривенно или непосредственно в сустав. Первый метод может помочь улучшить появление кровеносных сосудов, опухолей или воспаления. Второй способ сродни артрографии. МРТ широко используется для получения изображений большинства частей человеческого тела.

Применение МРТ

В медицинской области, МРТ-технология используется для обнаружения тканей, которые имеют патологические проявления, например опухоли. Используя эту технологию, нормальные ткани и патологические ткани можно легко отличить, потому что МРТ имеет лучшее контрастное разрешение (способность различать между двумя произвольно подобными, но не идентичными тканями), чем КТ. Еще одна важная причина, по которой используется МРТ, заключается в том, что, не как компьютерная томография и традиционный рентгеновский снимок, МРТ использует сильные магнитные поля и неионизирующее излучение, и нет убедительных доказательств того, что эта технология может принести любой ущерб здоровью человека.

У МРТ есть особое преимущество, что он может определять внутреннее строение человеческого тела без каких-либо разрезов. Хотя технология МРТ несколько дороже для обычной клиники для ежедневной работы, но процедура МРТ очень эффективна, что делает ее привлекательной.

Технология МРТ особенно полезна при следующих процессах в организме:

• воспаление или инфекция в органе;
• дегенеративные заболевания;
• инсульты;
• мышечно-скелетные расстройства;
• опухоли;
• другие нарушения, которые существуют в тканях или органах в их теле.

Магнитно-резонансная томография в настоящее время получила широкое распространение в медицине, как наиболее информативный и не инвазивный метод диагностики патологии различных органов и систем. Томограф представляет собой большой магнит, по силе которого сканеры разделяются на низкопольные (до 0.5Тл), среднепольные (от 0.5Тл до 1.0Тл), высокопольные (от 1.0 до 3.0Тл) и сверхвысокопольные (более 3.0Тл). Наибольшее распространение в клинической практике получили 1.5Тл томографы, в большинстве случаев позволяющие получить исчерпывающую информацию о структуре тканей и органов. В основе МР-томографии лежит ряд основных принципов.

Для получения изображения, в ходе исследования в теле человека создается временное магнитное поле, направление которого изменяется из-за воздействия радиочастотных сигналов, что сопровождается выделением энергии, которая считывается томографом и конвертируется в изображение. Этот процесс не несет лучевой нагрузки, по этой причине количество МР-исследований в течение жизни человека не ограничено.

Процесс получения изображений при МР-томографии более длительный по сравнению с другими исследованиями (УЗ-диагностика, рентген и КТ), в среднем сканирование одной области составляет около 30 минут, на протяжении которого пациент должен лежать неподвижно. Высокопольные МР-системы (1.5Тл) обладают сравнительно быстрой способностью получения и обработки изображения.

Дискомфорт во время исследования могут принести громкие звуковые сигналы, образующиеся в ходе работы томографа, что являются особенностью метода (для комфортного прохождения процедуры и защиты органов слуха используются защитные наушники). При длительном сканировании радиочастотное излучение может вызвать у пациента чувство жара, для предотвращения чрезмерного нагрева тканей в современных томографах установлена защита, ограничивающая силу радиочастотного импульса, в соответствии с международными стандартами безопасности.

МР-томографы подразделяются на «открытый» и «закрытый» типы. Для первого вида характерно отсутствие замкнутой апертуры, что играет важную роль для пациентов с клаустрофобией, но такие томографы обладают низкой силой магнитного поля, а, следовательно, и разрешением, кроме того исследования выполняются более длительное время. Абсолютное большинство томографов в клинической практике закрытого типа, в которых пациент почти полностью находится в закрытой апертуре, что позволяет добиться высокой разрешающей способности и скорости сканирования, но не всегда подходят для пациентов с клаустрофобией.

Магнитные аксессуары могут вызывать помехи на камерах iPhone

Магниты, встроенные в некоторые аксессуары iPhone, могут создавать магнитные поля, которые влияют на работу камер, расположенных на задней панели iPhone. В этой статье описано, какие действия нужно предпринять, чтобы избежать такого эффекта. 

С помощью камер iPhone можно делать отличные снимки даже в неблагоприятных для съемки условиях. Если в процессе фотосъемки вы случайно сместите камеру, изображение может получиться размытым. Чтобы избежать этого, в некоторых моделях iPhone используется технология оптической стабилизации изображения (OIS).¹. OIS позволяет делать четкие снимки, даже если камера случайно смещается. Кроме того, некоторые модели iPhone оснащены функцией замкнутой автофокусировки.². Эта функция противодействует гравитации и вибрации, сохраняя четкую фокусировку при фото- и видеосъемке, а также съемке панорамных видов.

Благодаря функции оптической стабилизации изображения гироскоп распознает, когда камера смещается: Чтобы уменьшить смещение изображения и получающуюся в результате этого размытость, объектив двигается в соответствии с углом гироскопа. А благодаря функции замкнутой автофокусировки встроенные акселерометры измеряют уровни воздействия гравитации и вибрации и компенсируют их. Магнитные датчики определяют положение объектива и нужным образом регулируют компенсирующее движение.

Сильное магнитное поле может стать помехой функциям оптической стабилизации изображения и замкнутой автофокусировки

Датчики положения объектива реагируют на магнитные поля. Если рядом с этими датчиками разместить магнит, магнитное поле будет влиять на их работу или временно выводить их из строя. Это может ухудшить их точность и ограничить доступный диапазон движения объектива. Камера будет задействовать другие средства стабилизации при съемке, но не функции оптической стабилизации изображения и замкнутой автофокусировки.

Как избежать магнитных помех

Некоторые аксессуары сторонних производителей оснащены мощными магнитами или намагничиваемыми металлическими пластинами, расположенными рядом с камерой (или камерами) на задней панели iPhone. Эти магниты и пластины можно крепить на чехлы-книжки или съемные чехлы либо на крепления с фиксаторами, например автомобильные. Чтобы обеспечить оптимальную работу камеры, не используйте аксессуары, в состав которых входят магниты или магнитные металлы, рядом с камерой (или камерами) на задней панели iPhone.

Если камера все равно не работает

Если после того как вы сняли чехол и другие магнитные аксессуары с iPhone, камера все равно не работает, см. инструкции в этой статье.

1. Технология OIS доступна на iPhone SE (2-го поколения), iPhone 11, iPhone 11 Pro, iPhone 11 Pro Max, iPhone XS, iPhone XS Max, iPhone XR, iPhone X, iPhone 8, iPhone 8 Plus, iPhone 7, iPhone 7 Plus, iPhone 6 Plus и iPhone 6s Plus. Обратите внимание, что сверхширокоугольная камера на iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max, а также телеобъектив на iPhone 7 Plus и iPhone 8 Plus не оборудованы OIS.
2. Функция замкнутой автофокусировки доступна на iPhone SE (2-го поколения), iPhone 11, iPhone 11 Pro, iPhone 11 Pro Max, iPhone XS, iPhone XS Max и iPhone XR.

Информация о продуктах, произведенных не компанией Apple, или о независимых веб-сайтах, неподконтрольных и не тестируемых компанией Apple, не носит рекомендательного или одобрительного характера. Компания Apple не несет никакой ответственности за выбор, функциональность и использование веб-сайтов или продукции сторонних производителей. Компания Apple также не несет ответственности за точность или достоверность данных, размещенных на веб-сайтах сторонних производителей. Обратитесь к поставщику за дополнительной информацией.

Дата публикации: 04 февраля 2021 г.

Центр сильных магнитных полей

12 января 2021 года

В Южно-Уральском государственном университете сотрудники лаборатории функциональных материалов изучают сверхпроводимость и квантовые кооперативные явления. Работа лаборатории — результат совместной деятельности челябинских вузов: ЮУрГУ и ЧелГУ. В будущем университеты намерены создать еще одну совместную исследовательскую площадку — Центр сильных магнитных полей.

Два ведущих вуза Челябинской области намерены создать в регионе Центр сильных магнитных полей. В нем ученые из Южно-Уральского государственного университета и Челябинского государственного университета будут изучать методику создания магнитных полей, свойства тел при воздействии этих полей на них, а также магнитные материалы. Между научными коллективами двух вузов давно установилась прочная связь: совместные исследования проводятся в области математики, физики, химии. Лабораторией функциональных материалов, открытой в ЮУрГУ в 2017 году, руководит советник при ректорате ЧелГУ Дмитрий Батаев. Сотрудники лаборатории изучают сверхпроводимость и квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах, материалы с памятью формы, с магнитокалорическим эффектом. Также в лаборатории работают с углеродными материалами и наноразмерными структурами. «За три года было проведено немало успешных исследований. Прямо сейчас реализуется крупный международный российско-немецкий проект №18–42–06201 “Фундаментальные основы сжижения природного газа с помощью магнитного охлаждения”. Он финансируется РНФ-Helmholtz. Проект направлен на решение фундаментальной задачи физики конденсированного состояния и физики металлов и сплавов — разработку материалов с заданными свойствами, пригодных для применения в новой перспективной технологии сжижения газов с помощью магнитокалорического эффекта»,— рассказал руководитель лаборатории функциональных материалов ЮУрГУ Дмитрий Батаев.

Владимир Ховайло, доктор физико-математических наук, профессор, руководитель Центра энергоэффективности НИТУ МИСиС:

— Основные задачи создаваемого центра — это исследования магнитокалорического эффекта (МКЭ) в сильных магнитных полях, направленные прежде всего на разработку материалов для сжижения природных и криогенных газов, и исследования магнитных свойств материалов, перспективных для разработки новых постоянных магнитов, в частности, таких, которые не содержат редкоземельных элементов.

Очевидных преимуществ в повседневной жизни людей данные исследования не принесут. Тем не менее изучение магнитокалорического эффекта позволит создать технологию для ожижения как природных, так и криогенных (азот, неон, аргон, гелий) газов, что в итоге позволит удешевить стоимость природных газов для конечного потребителя. Что касается исследования новых постоянных магнитов, их разработка позволит снизить стоимость конечных продуктов, например электродвигателей, электроприводов и т. п., за счет уменьшения содержания в них дорогих редкоземельных элементов.

Российские центры и лаборатории сильных магнитных полей можно пересчитать на пальцах одной руки. Наиболее известные из них — это лаборатория сильных магнитных полей Института физики имени Киренского СО РАН, основная специализация которой — разработка экспериментальных методик измерений в сильных магнитных полях, исследование магнитных и транспортных свойств материалов (в частности, электросопротивления) в сильных магнитных полях. Также в этот список входит лаборатория сильных магнитных полей при Саровском физико-техническом институте, которая занимается разработкой систем для генерации сильных магнитных полей до 60 Тесла, это примерно в 60 раз больше, чем может быть создано при помощи самого мощного постоянного магнита. Как уже отмечалось выше, основной изюминкой центра при ЮУрГУ будет исследование МКЭ и магнитных свойств перспективных материалов для постоянных магнитов.

---

Ольга Квашенкина, руководитель лаборатории «Самоорганизующиеся высокотемпературные наноструктуры», доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ):

— Центр сильных магнитный полей Южно-Уральского государственного и Челябинского государственного университетов будет устроен по принципу любого научного центра. В нем наверняка будут организованы тематические кластеры, развивающие узкие научные направления, связанные с изучением магнитных полей, а также с изучением взаимодействия магнитный полей с окружающей средой. Мне кажется, вообще изучение магнитных взаимодействий довольно перспективная тема. Она всегда была интересна с точки зрения быстродействия: электрические взаимодействия в веществах медленнее, чем магнитные.

В плане прикладного значения можно выделить несколько направлений. Во-первых, это магнитные носители информации, а именно создание сверхъемкой памяти на основе регулирования магнитной доменной структуры на наноуровне. Это очень интересно, перспективно, так как касается в том числе и Data Science и пока коммерческого продукта в этой области еще не создано. Во-вторых, это элементы спинтроники — раздела квантовой электроники, занимающегося созданием электроники на основе спинового токопереноса, то есть, по сути, искусственной регуляции магнитных моментов электрона и общей доменной структуры вещества. Как итог — создание квантовых компьютеров и быстродействующих элементов для них. Надеюсь, что это наше скорое будущее. В этом направлении необходимо развиваться, и создание такого центра — верный шаг.

Подобный центр уже есть и функционирует в Нижнем Новгороде. При этом нужно помнить, что каждый центр уникален как с технологической, так и с научной точки зрения. Поэтому создание центра сильных магнитных взаимодействий дополнит и расширит конкурентное преимущество нашей страны как в научном, так, надеюсь, и в технологическом плане.

---

Антон Конаков, старший научный сотрудник НИЛ кафедры теоретической физики физического факультета Университета Лобачевского, кандидат физико-математических наук:

— Исследованиe магнитных явлений привлекает внимание человека не то что со времен гения науки Николы Теслы — еще с древних греков, а изобретение компаса, например, относят к промежутку времени ранее 1100 года до н. э. В современном мире различные приборы, использующие магнитные поля, стали незаменимым помощником человека: для магнитной записи информации, для магнитной сепарации, для магнитного охлаждения до сверхнизких температур или магнитного удержания плазмы. Не секрет, что один из наиболее распространенных сейчас диагностических методов в медицине — магнитно-резонансная томография — базируется на использовании сильных магнитных полей.

Исследования магнитных полей и магнитных явлений широко распространены в России и мире; центров магнитных исследований достаточно много, и они разбросаны от Лос-Аламоса (США) до Токио (Япония). Тематику таких исследовательских центров можно (достаточно условно) разделить на три направления:

1) Разработка новых методов получения стационарных и импульсных сильных и сверхсильных магнитных полей, создание установок для генерации сильных и сверхсильных магнитных полей. Расширение диапазона сильных магнитных полей и способов их генерации необходимо как в фундаментальной науке, например для создания ускорителей элементарных частиц и исследования уникальных явлений микромира, так и для решения прикладных задач, например для развития высокоскоростного железнодорожного транспорта. Создание сверхсильных магнитных полей также интересно в фундаментальной физике для понимания процессов, происходящих с веществом в звездах.

2) Исследование взаимодействия сильных и сверхсильных магнитных полей с веществом и биологическими объектами. В настоящее время это наиболее важно для приложений в биомедицине.

3) Разработка и изучение новых магнитных материалов с собственными уникальными характеристиками, а также исследование изменения их свойств во внешних магнитных полях. Новые магнитные материалы находят активное применение в новом направлении электроники — спинтронике, где управление происходит не только на уровне электронных, но и магнитных свойств объектов.

В России существует несколько научных центров и лабораторий, специализирующихся на исследованиях в области физики магнитных явлений и магнитных материалов: в Санкт-Петербургском политехе Петра Великого (специализация на создании новых устройств для генерации сильных и сверхсильных магнитных полей), в Екатеринбурге (город в связи с понятными географическими и геологическими причинами можно назвать российской столицей изучения магнитных явлений и магнитных материалов), в красноярском Институте физики им. Л. В. Киренского СО РАН (разработка методик создания сильных импульсных магнитных полей и исследование свойств магнитных материалов в сильных магнитных полях).

В Нижегородской области основные центры исследования магнитных полей — это Саров (РЦЯЦ ВНИИЭФ и СарФТИ), где в 2001 году был установлен до сих пор не побитый рекорд генерации импульсного сверхсильного магнитного поля амплитудой 3 кТл (в 2 тыс. раз больше, чем в традиционном МР-томографе), а также Нижний Новгород, где в Университете Лобачевского и Институте физики микроструктур РАН с 2000-х годов активно ведутся исследования новых материалов для полупроводниковой (Университет Лобачевского) и металлической (ИФМ РАН) спинтроники, получен ряд приоритетных на мировом уровне научных результатов.

Новый челябинский центр в ЮУрГУ и ЧелГУ объединяет в себе черты двух направлений — синтеза новых магнитных материалов для различных практических применений и исследования их свойств, в том числе магнитокалорических (с приложением в области магнитного охлаждения), в сильных магнитных полях, и является конкурентом научным центрам Екатеринбурга, Красноярска и Нижнего Новгорода.

---

Александр Семенов, заведующий кафедрой физической электроники и технологии СПбГЭТУ ЛЭТИ, доктор технических наук:

— Исследование физических эффектов в сильных магнитных полях является весьма актуальной задачей, требующей использования целого ряда уникального оборудования и экспериментальных стендов.

Инфраструктура центра позволяет проводить систематические исследования магнитокалорического эффекта в перспективных материалах, работающих при низких температурах в высоких магнитных полях. Результаты данных исследований создадут основу для разработки принципиально новой энергоэффективной технологии сжижения природного газа с помощью магнитного охлаждения, будут способствовать разработке новых эффективных магнитокалорических материалов и устройств на их основе. В рамках этого направления в центре могут изучаться фундаментальные проблемы физики магнитных явлений, связанные с исследованием влияния термических и механических воздействий на структурные, гистерезисные, магнитотепловые и иные физические свойства перспективных микро- и наноструктурированных магнитных материалов, которые в будущем могут стать основой новой технологии сжижения природного газа с помощью магнитокалорического эффекта.

При этом исследования, проводимые таким центром, носят важное прикладное значение. Природный газ является одним из основных источников энергии как в настоящее время, так и в обозримом будущем. Для хранения и транспортировки этого типа энергии требуется сжижение, но для этого процесса требуются сложные энергоемкие компрессорные устройства, работающие при криогенных температурах (при температурах ниже 150 К эффективность сжижения традиционными методами довольно низкая). В то же время существует принципиально иной подход к сжижению газов в качестве хранилища будущей энергии — технология магнитного охлаждения. Принимая во внимание недавний прогресс в разработке сверхпроводящих магнитов с магнитными полями до 15–22 Тл, этот тип охлаждения при криогенных температурах может вызвать революцию в технологии сжижения газа.

---

Александр Самардак, проректор Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) по научной работе (вуз — участник «Проекта 5–100»):

— Центры сильных магнитных полей — это элемент научной инфраструктуры, в котором сосредоточено дорогостоящее оборудование для исследований физических свойств материалов в широком температурном и полевом диапазонах. Как правило, такого рода центры комплектуются измерительными комплексами типа PPMS Quantum Design, а также импульсными источниками магнитного поля. Это очень сложное научное оборудование, так как измерения проводятся в широчайшем температурном диапазоне — от жидкого гелия до 1000 К, часть используемого оборудования криогенное.

Инфраструктура центров позволяет измерять большинство физических свойств материалов в широком диапазоне температур (от 4 до 1000 К) и магнитных полей (примерно от 0 до 14 Т для стационарных полей и до 50–70 Т для импульсных). В частности, можно исследовать сверхпроводимость, магнитные свойства, транспортные свойства, свойства материалов под давлением, оптические свойства, термодинамические характеристики и прочее. Полученная информация исчерпывающе характеризует исследуемые материалы. Возможность разработки своих измерительных модулей позволяет проводить уникальные научные эксперименты на мировом уровне.

Материалы, разрабатываемые и исследуемые в такого рода центрах, используют абсолютно во всех сферах науки и техники: в медицине, авиа- и кораблестроении, энергетике, приборостроении, микроэлектронике и т. д. За счет новых или улучшенных свойств материалов можно оптимизировать существующие или создать принципиально новые системы и оборудование. Приведу пример: если получится синтезировать безредкоземельные постоянные магниты на основе фазы тетратенита (это сплав FeNi), произойдет технологическая революция в области энергетики, так как эти материалы придут на замену дорогостоящим постоянным магнитам на основе редкоземельных элементов.

Комментарии подготовлены при поддержке «Проекта 5-100»

Оригинал статьи: https://www.kommersant.ru/doc/4639978

Устройство и классификация МР-томографов в диагностическом центре «МедиСкан» в Домодедово

Устройство МР-томографа

Любой МР-томографа состоит из:

• магнита, создающего постоянное магнитное поле, в которое помещают пациента;
• градиентных катушек, создающих слабое переменное магнитное поле в центральной части основного магнита. Это поле называют градиентным. Оно позволяет выбрать область исследования части тела пациента;
• передающих и принимающих радиочастотных катушек; передающие, используются для создания возбуждения в теле пациента, приемные — для регистрации ответа возбужденных участков;
• компьютера, управляющего работой катушек, регистрирацией, обработкой измеренных сигналов, реконструкцией МР-изображений.

Радиочастотные катушки для различных отделов тела необходимы для получения качественного изображения.

Магнитное поле характеризуется индукцией магнитного поля, единицей измерения является Тл (тесла) по имени сербского учёного Николы Теслы.

Различают несколько типов томографов (зависит от величины постоянного магнитного поля):

• 0,01 Тл — 0,1 Тл → со сверхслабым полем;
• 0,1 — 0,5 Тл → со слабым полем;
• 0,5 — 1.0 Тл → со средним полем;
• 1.0 — 2,0 Тл → с сильным полем;
• >2,0 Тл → со сверхсильным полем.

Существует три вида магнитов для мр-томографа: резистивные, постоянные и сверхпроводящие.

Томографы с полем до 0,3 Тл чаще всего имеют резистивные или постоянные магниты, выше 3,0 Тл — сверхпроводящие.

Оптимальная напряженность магнитного поля является постоянным предметом дискуссий среди специалистов.

Более 90% магнитно-резонансных томографов составляют модели со сверхпроводящими магнитами (0,5 — 1,5 Тл). Томографы со сверхсильным полем (выше 3,0 Тл) очень дороги в эксплуатации. Постоянные магниты напротив, дёшевы и просты в эксплуатации.

Открытый и закрытый тип МР-томографа.

Резистивные магниты

Магнитное поле создается с помощью электрического тока, который проходит через катушку. МР-томографы с резистивными магнитами требуют большого количества электроэнергии, которая сильно нагревает магнит, что необходимо для получения сильных магнитных полей. Такая система вырабатывает поле с напряженностью до 0,3 Тесла.

Резистивные магниты были первыми применены в клинической практике. Они просты в изготовлении, стоят дешевле сверхпроводящих или постоянных. При этом они требуют мощного и стабильного источника питания, системы водоохлаждения с качественной очисткой воды. Уровень магнитного поля в них ограничен величиной 0.3Т, при котором отношение сигнал/шум еще не достаточно высоко. По качеству и времени сканирования они уступают томографам с более сильными полями. В настоящее время этот тип магнита практически не используется, и весь современный парк томографов состоит из приборов с постоянными и сверхпроводящими магнитами.

Постоянные магниты

Магнитное поле этого типа не требует высоких эксплуатационных расходов на электроэнергию и криогенные материалы. Главным недостатком постоянных магнитов являет то, что они генерируют слабое поле с напряженностью до 0,3 Тесла. Кроме того, такие томографы обладают большой массой, так же у них отсутствует функция аварийного снижения магнитного поля. Часто томографы с постоянными магнитами имеют «открытый» тип конструкции, постоянными магнитами обычно комплектуются небольшие приборы для специализированных исследований отдельных частей тела, например, суставов конечностей.

Сверхпроводящие магниты

В таких магнитах используется свойство сверхпроводимости, которое присуще некоторым материалам при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю. Сверхпроводящий материал не требует энергетических затрат, потому что практически не имеет электрического сопротивления. Однако для создания температуры, близкой к абсолютному нулю, необходимы криогенные материалы (жидкий гелий). Сверхпроводящие магниты создают магнитные поля высокой напряженности 1,0-3,0 Тесла и более. Они являются наиболее дорогими, но, благодаря высокому уровню поля и наилучшему соотношению сигнал/шум, обеспечивают наилучшее качество изображения. Не случайно наибольший прогресс в совершенствовании магнитных томографов наблюдается в области сверхпроводящих магнитов. Сегодня они покрывают более 80% рынка МР-томографов. Относительно низкий расход жидкого гелия у современных моделей, высокая скорость исследования и качество изображения делают их максимально привлекательными для потребителя.

В настоящее время изготавливаются магнитно-резонансные томографы двух типов: закрытого и открытого типа. Открытый тип томографа удобен для проведения различных манипуляций, поскольку обеспечивает более свободный доступ к пациенту. Преимуществом таких томографов является отсутствие замкнутого пространства, что актуально для пациентов страдающих клаустрофобией. Нужно учитывать, что при всех удобствах, отрытую конструкцию чаще имеют аппараты с низкой и средней напряжённостью магнитного поля, а большая часть томографов с мощными полями и наилучшим качеством изображения имеют туннельный тип.

Лаборатория сильных магнитных полей — Русский

Сотрудники лаборатории

Наиболее значимые результаты исследований

Важнейшие публикации

Лаборатория была организована академиком Л.В. Киренским в 1969 г. Следующим руководителем лаборатории был Г. С. Вейсиг, а с 1973 г. д.ф.- м.н. Б. П. Хрусталев, при котором лаборатория получила основное развитие. С 1996 г. по 2010 г. лабораторией руководил к.ф.-м.н. М.И. Петров. С 2010 г. лабораторию возглавил к.ф.м.н., доцент Шайхутдинов Кирилл Александрович.

В лаборатории работают 8 научных сотрудников (1 – доктор наук, 7 кандидатов наук), 6 инженеров, 4 аспиранта, 7 студентов.

Основные направления:

1. Развитие методик создания сильных импульсных магнитных полей.
2. Разработка методик исследования физических свойств твердых тел в сильных импульсных и стационарных магнитных полях.
3. Исследование магнитных и магнитотранспортных свойств монокристаллических и кластерных магнетиков, высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), замещенных манганитов лантана, а также ориентационных переходов в капсулированных жидких кристаллах (КПЖК) под действием магнитного поля.

Лаборатория располагает следующим экспериментальным оборудованием:

1. Вибрационный магнетометр со сверхпроводящим соленоидом, позволяющий проводить измерения намагниченности и восприимчивости в температурном интервале 2 – 400 К в магнитных полях до 70 кЭ.
2. Установка по исследованию физических свойств твердых тел в сильных импульсных магнитных полях до 400 кЭ, продолжительность импульса – до 15 мс, температурный диапазон – 77.4 – 350 К.
3. Установка по исследованию оптического пропускания капсулированных жидких кристаллов в импульсных магнитных полях до 200 кЭ.
4. Установка по исследованию магнитотранспортных свойств твердых тел на базе электромагнита ФЛ-1, температурный диапазон – 77.4 – 350 К, магнитное поле до 15 кЭ.

Все перечисленные установки полностью автоматизированы.

 

Создайте электромагнит – Science NetLinks

Введение

Если вы когда-либо играли с действительно мощным магнитом, вы, вероятно, заметили одну проблему. Вы должны быть довольно сильными, чтобы снова разделить магниты! Сегодня у нас есть много применений для мощных магнитов, но они не принесли бы нам никакой пользы, если бы мы не могли заставить их высвобождать объекты, которые они притягивают. В 1820 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед обнаружил связь между электричеством и магнетизмом.Благодаря Эрстеду и некоторым другим, используя электричество, мы теперь можем делать огромные магниты. Мы также можем заставить их освободить свои объекты.

Электричество и магнетизм тесно связаны. Движение электронов вызывает оба, и каждый электрический ток имеет собственное магнитное поле. Эта магнитная сила в электричестве может использоваться для создания мощных электромагнитов, которые можно включать и выключать одним щелчком переключателя. Но как сделать электромагнит?

Просто намотав провод, по которому проходит электрический ток, вокруг гвоздя, можно сделать электромагнит.Когда электрический ток движется по проводу, он создает магнитное поле. Если вы намотаете провод по кругу, это усилит магнитную силу, но все равно будет довольно слабой. Помещение куска железа или стали внутри катушки делает магнит достаточно сильным, чтобы притягивать предметы. Силу электромагнита можно увеличить, увеличив количество витков проволоки вокруг железного сердечника и увеличив ток или напряжение.

Вы можете сделать временный магнит, поглаживая кусок железа или стали (например, иглу) вдоль постоянного магнита.Есть еще один способ изготовления временного магнита с помощью электричества, называемый электромагнитом. Давайте построим!

---

Вам понадобится:

• Стальной или железный болт
• 24 дюйма изолированного провода
• 2 батареи типа D с держателями
• Зажимы «крокодил» или лента для удержания проводов вместе
• Скрепки или другие магнитные предметы
• Журнал или газета для заметок и ответов на вопросы

Направление:

1.Оберните проволоку плотной ровной спиралью вокруг болта. Оставьте 3 или 4 дюйма проволоки свободными с каждого конца. Продолжайте наматывать проволоку, пока не дойдете до конца болта. На всем пути вверх и вниз по болту может быть до 3 или 4 слоев проволоки. Ваш электромагнит должен выглядеть примерно так:

2. Присоедините один конец провода к положительному (+) концу одной из батарей. Присоедините другой конец провода к отрицательному концу (-) аккумуляторной батареи.

3. Попробуйте подобрать электромагнитом одну из скрепок.Что происходит? Теперь отсоедините один из проводов от аккумулятора. Подхватит ли теперь ваш электромагнит скрепку? Что нужно для протекания через проволоку, чтобы железный болт действовал как магнит?

4. Сколько скрепок вмещает ваш электромагнит? Можно ли повесить зажимы на оба конца болта? Почему?

5. Как сделать электромагнит сильнее? Попробуйте добавить в аккумулятор больше батарей. Убедитесь, что все батареи «обращены» в цепи в одном направлении. Теперь, сколько скрепок будет вмещать ваш электромагнит?

6.Как на силу электромагнита влияет увеличение количества электричества, проходящего через провод?

7. После использования электромагнита удалите железный гвоздь или болт. Может ли гвоздь подбирать вещи? Сколько скрепок или скрепок он может уловить? Попробуйте пару раз уронить гвоздь или болт на пол. Как это повлияет на то, сможете ли вы взять в руки скрепки или скобы? Сколько скрепок или скрепок может поднять гвоздь или болт после падения?

Обязательно отсоединяйте электромагнит, когда он не используется.Если оставить провода подключенными, аккумулятор разрядится.

физиков рассчитали совершенно новый способ создания сверхсильных магнитных полей

Исследователи предложили новый способ использования лазеров для генерации магнитных полей, которые по крайней мере на порядок сильнее, чем все, что мы в настоящее время можем произвести на Земле.

В природе такие сверхсильные поля существуют только в космосе, и они могут быть ключом к использованию чистой энергии ядерного синтеза и моделирования астрофизических процессов в лаборатории.

Это захватывающий материал, но до сих пор физики использовали только теоретические расчеты, чтобы показать, что метод может работать, и это еще не было экспериментально подтверждено по уважительной причине – в настоящее время у нас нет лазеров, достаточно мощных для тестирования. это из.

Но на бумаге эта предпосылка работает благодаря так называемому эффекту Фарадея, который является результатом странного взаимодействия между светом и магнитным полем.

Это немного сложно, но в основном эффект Фарадея относится к тому факту, что если электромагнитная волна, такая как видимый свет, проходит через немагнитную среду, то ее плоскость поляризации будет вращаться в присутствии постоянного магнитного поля. поле.

Если немного подробнее, то когда свет поляризован, это означает, что все световые волны колеблются в одной плоскости. Но угол этой плоскости можно поворачивать.

И из-за эффекта Фарадея, когда свет проходит через среду, плоскость поляризации будет вращаться в соответствии с постоянным магнитным полем.

При чем здесь лазеры? Что ж, побочный эффект эффекта Фарадея заключается в том, что если вы вмешаетесь в поляризацию видимого света, проходящего через магнитную среду, он будет генерировать магнитное поле.

Чем сильнее электромагнитная волна, тем выше магнитное поле, которое она может создать – поэтому, если вы используете действительно сильные лазеры, вы сможете создать действительно крутое поле .

Это идея, над которой физики играли еще в 1960-х годах, но причина, по которой она никуда не делась, заключается в том, что эффект Фарадея также требует, чтобы произошло поглощение – что обычно происходит при столкновении электронов.

Как только вы достигнете определенной интенсивности лазера, электроны станут ультрарелятивистскими, что означает, что они сталкиваются намного реже, и обычное поглощение в конечном итоге перестает происходить.

Из-за этого исследователи предположили, что лазер, достаточно мощный для создания сверхсильного магнитного поля, также остановит процесс поглощения, который аннулирует эффект Фарадея.

Но теперь исследователи из России, Италии и Германии выдвинули гипотезу, что при очень высоких интенсивностях лазерных волн поглощение может эффективно обеспечиваться радиационным трением, а не столкновениями электронов.

И этот специфический тип трения, по крайней мере на бумаге, может привести к генерации сверхсильного магнитного поля.

Согласно расчетам команды, достаточно мощный лазер мог бы создавать магнитные поля силой в несколько гига-Гаусс (Гаусс – единица измерения магнитных полей).

Чтобы представить это в перспективе, гига-Гаусс составляет 10 ⁹ Гаусс, или 1 000 000 000 Гаусс. Безумно сильное магнитное поле, создаваемое аппаратом МРТ, может достигать только 70000 Гаусс, тогда как поверхность нейтронной звезды составляет около 10 ¹² Гаусс.

Магнитные поля, которые мы можем создать в лаборатории сегодня, составляют около 10 ⁸ Гаусс – и им сложно эффективно контролировать ядерный синтез в течение длительных периодов времени, и именно здесь этот новый метод пригодится.

Это также позволило бы исследователям воссоздать безумно сильные магнитные условия в космосе внутри лаборатории.

«Новое направление исследований – лабораторная астрофизика – появилось сравнительно недавно, и сейчас оно очень быстро развивается», – сказал один из исследователей Сергей Попруженко из Московского инженерно-физического института в России. «Наша работа представляет особый интерес, потому что открывает новые возможности в этой области».

Задача состоит в том, чтобы экспериментально проверить эту новую технику, чтобы увидеть, работает ли она в реальной жизни, как на бумаге.Но хотя Попруженко прогнозирует, что мы сможем сделать это в «ближайшем будущем», нам нужно подождать, пока у нас не будет достаточно мощного лазера.

Хорошая новость заключается в том, что три из них сейчас строятся в рамках европейского проекта Extreme Light Infrastructure, который строится в Чехии, Румынии и Венгрии, так что мы уже добиваемся прогресса.

«Эти лазерные установки будут способны достигать интенсивностей, необходимых для генерации сверхсильных магнитных полей из-за радиационного трения, а также для наблюдения многих других фундаментальных эффектов сильного поля», – сказал Попруженко.

Исследование было опубликовано в New Journal of Physics.

Ученые создают сверхмощное магнитное поле, которое сразу же взрывается

Японские физики создали самое сильное управляемое магнитное поле в истории человечества. Не только самое сильное поле из когда-либо существовавших, но и магнитное поле, созданное учеными из Токийского университета, сохранялось дольше, чем любое другое сопоставимое магнитное поле. Оно достигло такой мощности, что поле сбило с петель дверь в их лабораторию.

Магнитное поле, в четыреста раз более мощное, чем МРТ, было создано с помощью метода, известного как сжатие электромагнитного потока. Поле измерялось до 1200 тесла (единица измерения магнитного поля). В то время как российские ученые смогли создать удивительное магнитное поле в 2800 тесла, их оборудование взорвалось вместе с полем.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

«Я спроектировал железный корпус таким образом, чтобы выдерживать нагрузку около 700 Т», – говорит Такеяма в интервью Spectrum IEEE. Дверь находилась в железном шкафу, подготовленном для нападения такого рода, поэтому никто не пострадал, кроме как для исследователей. такой сильный взрыв, изгибающий и ломающий дверь шкафа, «в следующий раз я сделаю ее сильнее», – говорит он.

Эти виды машин созданы для очень конкретной цели: создавать магнитные поля, способные изучать твердотельные физика.Такие сильные поля могут помочь в изучении на нанометровом уровне таких устройств, как полупроводники.

«В общем, чем выше поле, тем лучше и лучше становится разрешение измерения», – говорит Такеяма Spectrum.

Поле, созданное физиком Сёдзиро Такеяма и его командой, просуществовало намного дольше, чем русское поле, условно говоря, достигая его примерно за 100 микросекунд – примерно одну тысячную времени, необходимого для моргания по данным Токийского университета. Сжатие электромагнитного потока обычно может достигать уровня в 1000 тесла, и превышение этого числа является важной вехой для физики.

«С магнитными полями выше 1000 тесла вы открываете некоторые интересные возможности», – говорит Такеяма в заявлении для прессы. «Вы можете наблюдать движение электронов за пределами материальной среды, в которой они обычно находятся. Таким образом, мы можем изучать их в совершенно новом свете и исследовать новые виды электронных устройств. Это исследование также может быть полезно для тех, кто работает над созданием термоядерной энергии».

Сжатие электромагнитного потока обычно может достигать уровня в 1000 тесла, и превышение этого числа является важной вехой для физики.

«Один из способов получения энергии термоядерного синтеза – заключить плазму – море заряженных частиц – в большое кольцо, называемое токамаком, чтобы извлечь из него энергию», – говорит он. «Для этого требуется сильное магнитное поле порядка тысяч тесла в течение нескольких микросекунд. Это очень похоже на то, что может произвести наше устройство».

Он также может производить довольно крутые взрывы. Хотя он не так стабилен, как, скажем, бис-оксадиазол, он мог бы быть гораздо более полезным в повседневном обществе.Пока они становятся сильнее дверей.

Источник: Digg

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Физики предлагают способ создания магнитных полей, которые сильнее любого на Земле.

Эффект Фарадея

В стремлении использовать возможности эффекта Фарадея, который позволит лучше контролировать ядерный синтез, а также астрофизические процессы. В лабораториях исследователи предлагают новый способ создания более сильных магнитных полей.

Эффект Фарадея, также известный как магнитное вращение, был впервые обнаружен Майклом Фарадеем в 1845 году, который показал странное взаимодействие между светом и магнитным полем. По сути, электромагнитная волна, такая как видимый свет, проходящая через немагнитную среду, например воду, будет зависеть от наличия постоянного электромагнитного поля. Магнитное поле заставит его плоскость поляризации или его геометрическую ориентацию вращаться.

С другой стороны, если эта электромагнитная волна проходила через магнитную среду, когда ее поляризация была изменена, она генерирует более сильное магнитное поле.И чем сильнее электромагнитная волна, тем сильнее будет магнитное поле.

Посмотрите видео ниже, чтобы продемонстрировать этот механизм.

Хотя легко достичь эффекта Фарадея, используя обычные материалы, добиться сильного поля, необходимого для ядерного синтеза и астрофизического моделирования, намного сложнее. В течение полувека предполагалось, что увеличение величины магнитных полей до уровней, необходимых для таких приложений, могло бы быть достигнуто, если бы у нас были достаточно сильные лазеры.

Но даже тогда есть еще одна проблема: сильные лазеры нейтрализуют столкновения электронов или поглощение, необходимое для эффекта Фарадея.

Потенциально сильнее нейтронных звезд

Исследователи из России, Италии и Германии предлагают новый способ решения этой проблемы: при использовании очень интенсивных лазерных волн для создания сильного магнитного поля необходимо ввести радиационное трение для достижения необходимого поглощения. вместо электронных столкновений, которые были нейтрализованы лазерами.

Теоретически этот метод может создавать очень сильное магнитное поле. Но насколько сильно?

На данный момент лаборатории могут создать 108 Гаусс (стандартная единица измерения магнитных полей), что затрудняет управление ядерным синтезом. В то время как МРТ может получить до 70 000 Гауссов, а поверхностное магнитное поле нейтронной звезды составляет около 1012 Гаусс.

Их метод мог генерировать магнитные поля силой в несколько гига-Гаусс – один гига-гаусс равен 1 000 000 000 Гаусс.

Конечно, это всего лишь потенциал, это не означает, что их эксперименты дойдут до таких масштабов, поскольку последствия таких сильных магнитных полей ужасны.

Это означает, что они могут воссоздать условия помещения в лаборатории. «Новое направление исследований – лабораторная астрофизика – появилось сравнительно недавно, и сейчас оно очень быстро развивается, – сказал один из исследователей Сергей Попруженко из Московского инженерно-физического института в России. «Наша работа представляет особый интерес, потому что открывает новые возможности в этой области».

Хотя расчеты на бумаге выглядят многообещающими, исследователям все еще нужно провести настоящий эксперимент, чтобы увидеть, сработает ли он.Три объекта для тестирования метода сейчас строятся в Чехии, Румынии и Венгрии.

Как читатель футуризма, мы приглашаем вас присоединиться к Singularity Global Community, форуму нашей материнской компании, чтобы обсудить футуристическую науку и технологии с единомышленниками со всего мира. Присоединяйтесь бесплатно, зарегистрируйтесь сейчас!

Физики могли сделать «невозможное»: создавать и уничтожать магнитные поля издалека

Ученые придумали способ создавать и уничтожать магнитные поля издалека.

Метод заключается в пропускании электрического тока через специальное расположение проводов для создания магнитного поля , которое выглядит так, как будто оно исходит из другого источника. У этой иллюзии есть реальные применения: представьте себе лекарство от рака, которое может быть доставлено прямо в опухоль глубоко в теле с помощью капсул, сделанных из магнитных наночастиц. Невозможно воткнуть магнит в опухоль, чтобы направлять наночастицы в их путешествие, но если бы вы могли создать магнитное поле извне тела, которое сосредоточено прямо на этой опухоли, вы могли бы доставить лекарство без инвазивной процедуры.

Сила магнитного поля уменьшается с расстоянием от магнита, и доказанная в 1842 г. теорема Ирншоу гласит, что невозможно создать точку максимальной напряженности магнитного поля в пустом пространстве.

«Если у вас не может быть максимумов магнитного поля в пустом пространстве, это означает, что вы не можете создать поле магнитного источника удаленно, не поместив реальный [магнитный] источник в заданном месте», – сказала Роза Мах-Батлль, физик. в Центре биомолекулярных нанотехнологий Istituto Italiano Di Tecnologia в Италии, который руководил новым исследованием.

Связано: 9 интересных фактов о магнитах

Создание гипотетической реальности

Мах-Батль и ее коллеги, однако, думали, что они могут решить эту проблему. Они были вдохновлены работой в области оптики, в которой используются специально разработанные материалы, известные как метаматериалы (обладающие свойствами, не обнаруживаемыми ни в одном естественном материале), чтобы обойти ограничения на разрешение, устанавливаемые длиной волны света. Точно так же, думали они, гипотетические магнитные материалы могут сделать невозможное в мире магнитных полей.

Исследователи представили материал с магнитной проницаемостью отрицательной 1. Магнитная проницаемость материала показывает, насколько этот материал увеличивает или уменьшает магнитное поле при воздействии этого поля. В материале с магнитной проницаемостью отрицательной 1 направление магнетизма , индуцированного внутри материала , будет противоположным направлению начального магнитного поля.

Конечно, новый метод создания магнитных полей, основанный на несуществующих материалах, не был бы особенно полезным.Но даже если этого гипотетического материала с отрицательной проницаемостью не существует, физики могут создать своего рода временный «материал» из электрического тока, проходящего через определенное расположение проводов. Это потому, что ток индуцирует магнетизм и наоборот, что является следствием уравнений электромагнетизма Максвелла.

Связано: Магнитные поля размером с черную дыру могут быть созданы на Земле, говорится в исследовании

«В конце концов, мы не используем какой-либо материал, мы используем точное расположение токов, которое можно рассматривать как активный метаматериал », – сказал Мах-Батль Live Science.

Чтобы создать поле на расстоянии, Мах-Батль и ее команда создали полый цилиндр, состоящий примерно из 20 проволок, окружающих одну длинную внутреннюю проволоку. Когда ток проходит по этим проводам, он создает магнитное поле, которое выглядит так, как если бы длинный внутренний провод находился вне устройства. Это электромагнитный эквивалент голоса чревовещателя; источник поля на самом деле не находится вне устройства, но само поле неотличимо от поля, которое возникло бы, если бы источник находился вне устройства.

«Мы создаем иллюзию наличия этого источника на расстоянии», – сказал Мах-Батль. Исследователи опубликовали свои выводы 23 октября в журнале Physical Review Letters

Биомедицинские приложения

Есть еще вопросы о том, насколько хорошо этот метод будет работать в реальных приложениях. Одна из особенностей системы заключается в том, что между проволочным цилиндром и удаленным полем существует область очень сильных магнитных полей. По словам Маха-Батля, этот регион может помешать некоторым приложениям исследования, хотя будет ли это проблематичным или нет, вероятно, зависит от того, что вы пытаетесь сделать с полем.

Возможные применения помимо доставки лекарств включают подавление магнитных полей издалека, метод, который может быть полезен в квантовых вычислениях для уменьшения «шума» от внешних полей, которые могут мешать измерениям. Еще одно применение может заключаться в улучшении транскраниальной магнитной стимуляции, при которой используются магниты для стимуляции нейронов мозга для лечения депрессии . Возможность управлять магнитными полями на расстоянии может улучшить нацеливание транскраниальной магнитной стимуляции, чтобы врачи могли лучше сосредоточиться на определенных областях человеческого мозга .

Далее исследователи надеются создать конфигурацию проводов, которая позволит создавать трехмерные магнитные поля издалека.

Первоначально опубликовано на Live Science.

Как создать сильное магнитное поле с помощью постоянных магнитов

Это очень поздно, но я изучал вопрос о том, как максимизировать магнитное поле для используемого количества магнитного материала, и получил следующие выводы. До сих пор я исследовал массивы, в которых используется одна сторона, аналогичная той, что используется для вашей производственной линии.

Первая женская модель пары полюсов неодимового магнита N40 в воздухе для базовой линии. Магниты имеют толщину 2 см на 1 см и глубину 1 дюйм.

Обратите внимание, что ваше самое сильное поле в воздухе находится на краю между полюсами, поэтому с этой конфигурацией вы хотите, чтобы этот шов проходил поперек вашего ремня, чтобы весь продукт проходил ниже этой точки.

Далее модель такой же пары полюсов магнита с железной спинкой. Вы можете видеть, что это немного усиливает поле спереди.

Обратите внимание, что задняя часть из железа довольно толстая и, тем не менее, насыщенная, поэтому для улучшения поля передней стороны таким образом требуется много железа.

Затем модель пары столбов решетки Хальбаха в воздухе. Вы можете видеть, что поле на передней стороне намного сильнее, чем даже магниты, подкрепленные железом.

Наконец-то массив халбаха с железной спинкой. Вы можете видеть, потому что на задней панели гораздо меньше магнитных цепей, на самом деле используется мало железа и улучшение поля на передней стороне невелико.

Тогда почему бы нам не взглянуть на сравнение бок о бок в том же порядке, чтобы лучше увидеть, насколько сильнее поля в центре полюса (более актуально для роторных машин, но я вставлю их здесь, поскольку они сделаны):

Итак, это увеличено в воздухе прямо перед полюсами, с добавленными линиями для миллиметров расстояния от магнита. Вы можете видеть, что матрица Хальбаха создает поле, аналогичное традиционному массиву с железной подложкой, на дополнительные 2 мм от поверхности магнита.Вы также можете видеть, что улучшение от добавления железа в массив Хальбаха довольно невелико.

И последнее замечание: вы используете довольно большие и сильные магниты, а магниты противодействуют принудительному переходу в конфигурацию халбаха, поэтому вам, вероятно, придется быть очень осторожным при сборке готового массива.

Создание сильных магнитных полей в лаборатории

10 августа 2016

Энаи Азамбуджа

Ученые МИФИ (Россия), Университета Ростока (Германия) и Университета Пизы (Италия) предлагают метод создания в лаборатории чрезвычайно сильных магнитных полей величиной в несколько гига-Гаусс.Доступные в настоящее время методы дают поля на порядок меньше, чем новый метод. В природе такие сверхсильные поля существуют только в космосе. Таким образом, создание таких полей в лабораторных условиях открывает новые возможности для моделирования астрофизических процессов.

Результаты внесут вклад в новую область исследований лабораторной астрофизики.

Эффект Фарадея известен давно. Он относится к плоскости поляризации электромагнитной волны, распространяющейся через немагнитную среду, которая вращается в присутствии постоянного магнитного поля.Существует также обратный процесс генерации магнитного поля при распространении циркулярно поляризованной волны через кристалл или плазму.

Теоретически его рассматривал в 60-е годы советский теоретик Лев Питаевский, известный представитель школы Ландау. Чем сильнее волна, тем большее магнитное поле она может создать при распространении через среду.

Однако особенность эффекта состоит в том, что для самого своего существования он требует поглощения – он не возникает в полностью прозрачных средах.В очень сильных электромагнитных полях электроны становятся ультрарелятивистскими, что значительно уменьшает их столкновения, подавляя обычное поглощение.

Исследователи демонстрируют, что при очень высоких интенсивностях лазерных волн поглощение может эффективно обеспечиваться радиационным трением вместо бинарных столкновений. Это удельное трение приводит к возникновению сверхсильного магнитного поля.

По словам физика Сергея Попруженко, в ближайшее время можно будет проверить расчеты.В ближайшие несколько лет будет построено несколько новых лазерных установок рекордной мощности. Три таких лазера сейчас строятся в рамках европейского проекта Extreme Light Infrastructure (ELI) в Чехии, Румынии и Венгрии.

Exawatt Center for Extreme Light Studies – XCELS находится в стадии разработки в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. Эти лазерные установки будут способны достигать интенсивностей, необходимых для генерации сверхсильных магнитных полей за счет радиационного трения, а также для наблюдения многих других фундаментальных эффектов сильного поля.