Физики создали усовершенствованную магнитную решетку, используя опоры, напечатанные на 3D-принтере, и 16 крошечных неодимовых блоков.
Сфокусированная магнитная система, состоящая из двух сложенных друг на друга колец, каждое из которых содержит 16 прямоугольных магнитов FeNdB с длиной стороны 20 миллиметров.
Университет Иоганна Гутенберга в Майнце
Немецкие физики преодолели давнее ограничение конструкции магнитного поля, превзойдя знаменитую решетку Хальбаха с помощью компактной установки, которая обеспечивает более дешевые, более сильные и однородные магнитные поля.
Разработанная профессором Инго Ребергом из Университета Байройта и доктором Петером Блюмлером из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, новая конструкция располагает постоянные магниты в оптимизированной трехмерной ориентации для создания постоянно однородных магнитных полей, что является долгожданной целью в прикладной магнетике.
Переосмысление магнитного совершенства
Это открытие открывает перспективы для широкого спектра технологий, основанных на сильных и стабильных магнитных полях, включая доступные аппараты МРТ в регионах с недостаточным уровнем обслуживания, ускорители частиц и системы магнитной левитации.
Это значительный шаг на пути к тому, чтобы сделать мощные магнитные инструменты более доступными в медицине, науке и технике, особенно в тех областях, где решающее значение имеют стоимость, размер и простота.
Этот подход решает давнее ограничение массива Хальбаха — хорошо известной конфигурации, которая работает лучше всего только в теории. Установка Хальбаха предполагает, что магниты могут быть расположены в бесконечно длинных кругах, чтобы создать однородное поле в центре.
Однако в реальных приложениях, где можно использовать только магниты конечных размеров, поле часто становится неравномерным в зависимости от положения внутри массива.
Кольца, поля и фокус
Напротив, новая компоновка Реберга и Блюмлера сохраняет как напряженность поля, так и однородность даже в компактных, практичных системах.
Они протестировали две ключевые геометрии: одиночное кольцо и сложенное двойное кольцо. Они также разработали «сфокусированную конструкцию», которая создает однородные магнитные поля не только в плоскости магнита, но и над ней, что делает ее полезной для устройств, которым необходимо взаимодействовать с материалами или компонентами, расположенными поблизости.
Для проверки своих результатов исследователи разработали аналитические модели и сконструировали физические магнитные массивы, используя 16 кубовидных магнитов FeNdB, установленных на специальных 3D-печатных опорах. Эти неодимовые магниты известны своей прочностью, что делает их идеальными для компактных экспериментальных установок.
Измерения полученных магнитных полей почти совпали с теоретическими предсказаниями. Как по силе, так и по однородности новые конфигурации превзошли классический массив Хальбаха и его известные вариации, что стало явным шагом вперед в разработке магнитов.
Эта улучшенная производительность открывает захватывающие возможности для реальных технологий, которые зависят от сильных, однородных магнитных полей. Одной из самых многообещающих является медицинская визуализация. Обычные аппараты МРТ используют мощные сверхпроводящие магниты для выравнивания ядер водорода в организме.
Затем эти ядра возмущаются радиоволнами, производя сигналы, которые помогают генерировать подробные изображения поперечного сечения. Однако сверхпроводящие системы технически сложны, требуют криогенного охлаждения и являются непомерно дорогими, что делает МРТ недоступной во многих частях мира.
Вот где это исследование может оказать реальное влияние. Новая конструкция предлагает недорогую, энергоэффективную альтернативу с использованием постоянных магнитов, потенциально расширяя доступ к магнитно-резонансной томографии в сельских клиниках, мобильных медицинских пунктах и развивающихся странах.
Помимо здравоохранения, эти конфигурации могут также повысить производительность ускорителей частиц, систем магнитной левитации, прецизионных датчиков и других технологий, которые полагаются на стабильные, высококачественные магнитные поля.
Исследование опубликовано в междисциплинарном журнале Physical Review Applied.
Sourse: interestingengineering.com
