Algemeen

HFML neemt 38 tesla magneet in gebruik

38 tesla magneetveld bij HFML
De magneetspoelen van de nieuwe 38 tesla resistieve magneet (foto: FOM/HFML).

Het High Field Magnet Laboratory aan de Radboud Universiteit vestigde gisteren 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 geen dure supergeleidende spoelen nodig zijn om 38 tesla te halen, wat de aanschafkosten met een factor tien verlaagt. Op 10 april wordt de nieuwe magneet officieel in gebruik genomen.

Materiaalonderzoekers hebben behoefte aan steeds sterkere magneten: in een magneetveld van 38 tesla zijn sommige effecten honderd keer beter te zien dan in een veld van 33 tesla, het huidige maximum in het Nijmeegse lab voor hoge magneetvelden. Daarom begon het HFML in 2011 met het ontwerpen en bouwen van een magneet die het huidige wereldrecord van 36 tesla tenietdoet.

Volgens de HFML-onderzoekers is de stap van 33 tesla naar 38 tesla heel significant. Ze kunnen eigenschappen van nieuwe materialen eerder ophelderen en dit kan een boost aan materiaalinnovatie geven. Op dit moment zijn experimenten in dit veldbereik alleen in de 45 tesla hybride (deels wél supergeleidende) magneet van het National High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee (Florida) mogelijk, die daarom sterk overgeboekt is. Met de nieuwe 38 tesla magneet maakt het HMFL zulke hoge magneetvelden nu voor een grotere groep onderzoekers toegankelijk.

38 tesla magneet

Het project zoekt de grenzen van de bestaande techniek op. De koeling van de magneet bijvoorbeeld was 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?

Als de koelgaatjes in de magneetspoelen waar het koelwater door stroomt, worden vergroot, gaat er meer stroom door de overige stukken van de spoel. Daar komen grote krachten op te staan. De Nijmeegse onderzoekers berekenden dat ze de gaatjes alleen voldoende konden vergroten als ze de vorm van de gaatjes – en daarmee het stresspunt – zouden aanpassen: een fundamenteel ander ontwerp. Deze aanpassing bleek ook daadwerkelijk te functioneren.

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. Veel magneetspoelen van het HFML zijn van koper, maar dat is niet sterk genoeg voor deze magneet. Daarom is 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 de onderzoekers samenwerkten met Van Halteren. De behuizing heeft een massa van enkele tonnen, alleen het deksel brengt al meer dan een ton op de weegschaal.

Koopje

De nieuwe HFML-magneet is ruim tien keer goedkoper dan de hybride magneet in Tallahassee. Hybride magneten bestaan uit een resistieve binnenspoel en een supergeleidende buitenspoel. De kosten daarvoor liggen rond de vijftien miljoen euro. De Nijmeegse 38 tesla magneet kost 1,5 miljoen euro; 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. 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.

Het HFML bouwt overigens op dit moment ook een hybride magneet. Er is een limiet aan de veldsterkte die met resistieve magneten zijn te realiseren en daar zit het lab nu tegenaan. Met de hybride magneet, die naar verwachting in 2017 klaar is, hopen de onderzoekers eveneens 45 tesla te halen.

Het HFML is een samenwerkingsverband tussen de Radboud Universiteit en de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM). 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.

Onderstaand filmpje geeft een kort overzicht van het werk aan het HFML.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven