31 mrt. 2014
3 minuten
Het High Field Magnet Laboratory aan de Radboud Universiteit vestigde vandaag een wereldrecord: een continu magneetveld van 38 tesla in een resistieve (niet-supergeleidende) magneet. Dit soort hoge magneetvelden zijn cruciaal voor materiaalonderzoek. Het ontwerp van het HFML toont aan dat er geen dure supergeleidende spoelen nodig zijn om 38 tesla te halen, wat de aanschafkosten met een factor tien verlaagt. Op 10 april 2014 wordt de nieuwe magneet in gebruik genomen.
Materiaalonderzoekers hebben behoefte aan steeds sterkere magneten: in een magneetveld van 38 tesla zijn sommige effecten wel honderd keer beter te zien dan in een veld van 33 tesla, het huidige maximum in het Nijmeegse lab voor hoge magneetvelden HFML. Daarom begon het HFML in 2011 met een ambitieus project: het ontwerpen en bouwen van een magneet die het huidige wereldrecord van 36 tesla tenietdoet.
Sprong voor de wetenschap
Volgens HFML-onderzoeker dr. Uli Zeitler is het veld van 38 tesla een grote sprong voor de wetenschap: "De stap van 33 tesla naar 38 tesla is heel significant. We kunnen eigenschappen van nieuwe materialen eerder ophelderen en dit kan een enorme boost aan materiaalinnovatie geven. Dat is voor onszelf, maar ook voor onze externe gebruikers, heel interessant. Op dit moment zijn experimenten in dit veldbereik alleen in de 45 tesla hybride – deels supergeleidende – magneet in Tallahassee (VS) mogelijk, die daarom ook sterk overgeboekt is. Met onze nieuwe 38 tesla magneet maken wij zulke hoge magneetvelden nu voor een grotere groep onderzoekers toegankelijk."
Koelgaatjes
Dr. Frans Wijnen gaf leiding aan het project dat de dat de grenzen van de bestaande techniek opzoekt. De koeling van de magneet was bijvoorbeeld een uitdaging waar een creatieve oplossing voor nodig was. Om een hoger veld te maken, moet je meer stroom door de magneet sturen en warmt die meer op. Hoe krijg je extra koelwater door de magneetspoelen?
Wijnen: "Als je de koelgaatjes in de magneetspoelen, waar het koelwater door stroomt, vergroot, dan gaat er meer stroom door de overige stukken van de spoel. Daar komen enorme krachten op te staan. Wij berekenden dat we de gaatjes alleen voldoende konden vergroten als we de vorm van de gaatjes – en daarmee het stresspunt – zouden aanpassen: een fundamenteel ander ontwerp. Gelukkig bleek deze aanpassing inderdaad te werken."
HFML-directeur prof.dr. Nigel Hussey: "Grensverleggende wetenschap vereist vaak grensverleggende technologieën. Ons team heeft fantastisch werk gedaan, door deze unieke omgeving voor wetenschappelijk onderzoek te creëren. Er staat al een tweede 38 tesla magneet gepland voor 2015. Dit zal de komende jaren voor een flinke toestroom van internationale externe gebruikers zorgen."
Grote schaal én precisie
Het HFML zette met het nieuwe ontwerp ook een aantal Nederlandse leveranciers en producenten op scherp. De spoelen in de magneet moesten bijvoorbeeld van een nieuw materiaal worden gemaakt. Wijnen: "Veel magneetspoelen van het HFML zijn van koper, maar dat is niet sterk genoeg voor deze magneet. Daarom zijn we overgestapt op een samenstelling van koper en zilver. Brandsma metaalveredeling is er in geslaagd de spoelen te verzilveren en MCi heeft alle koelgaatjes erin gestanst. Dit zijn grote apparaten die met een ongekende precisie moeten worden gemaakt. Het toppunt was de behuizing, waarvoor we samenwerkten met Van Halteren. De behuizing weegt enkele tonnen, alleen het deksel weegt al meer dan een ton."
Koopje
De nieuwe HFML-magneet is ruim tien keer goedkoper dan de hybride magneet in Tallahassee. Wijnen: "Hybride magneten bestaan uit een resistieve binnenspoel en een supergeleidende buitenspoel. De kosten daarvoor liggen rond de vijftien miljoen euro. Onze 38 tesla magneet kost 1,5 miljoen euro en een tweede zou één miljoen euro kosten. Dat maakt deze techniek interessant zelfs al zijn de stroomkosten ongeveer een miljoen euro per jaar veel hoger dan die van een hybride magneet."
Het HFML bouwt overigens op dit moment ook een hybride magneet. "Er is een limiet aan de veldsterkte die je met resistieve magneten kunt bereiken en daar zitten we nu tegenaan. Met de hybride magneet, die naar verwachting in 2017 klaar is, hopen we 45 tesla te halen."
Over het HFML
Het HFML is een samenwerkingsverband tussen de Radboud Universiteit en FOM, de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie. Het lab maakt deel uit van het European Magnetic Field Laboratory (EMFL). Onderzoekers kunnen vanaf 15 april magneettijd aanvragen voor de nieuwe 38 Tesla magneet via de onderzoekscalls van het EMFL.
Anderen lazen ook
