Новый проект по созданию Российского центра сильных магнитных полей с достижением магнитной индукции до 100 Тл предложен учеными Физического института им. П.Н. Лебедева РАН совместно со специалистами из Массачусетского института технологий (США). В случае принятия к реализации данный проект поднимет научный престиж России в области исследований в сверхсильных магнитных полях на первое место в мире. Руководитель проекта с российской стороны, Пудалов Владимир Моисеевич, доктор физико-математических наук, заведующий отделом высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур ФИАН, рассказал о его перспективах в беседе с корреспондентом «ФИАН-Информ».
Исследования в сильных магнитных полях издавна привлекают ученых всего мира возможностью глубже понять молекулярные и атомные свойства вещества. Магнитные поля действуют на элементарные магнитные моменты электронов или ядер, позволяя изучать их отклик в широком диапазоне частот. Хорошо известный пример – медицинские магнитно-резонансные томографы – работают с полями в единицы Тесла. Чем сильнее магнитное поле, тем более ценную информацию можно получить из магнитных измерений. Хорошо понимая это, Петр Капица еще в 20-е годы прошлого века, работая у Эрнеста Резерфорда в Кембридже, создавал рекордные по тем временам поля до 32 Тл, но длительностью всего лишь в сотую долю секунды. В 1930-х годах получением сверхсильных магнитных полей занимался американский физик Фрэнсис Биттер, который смог создать не импульсные, а стационарные поля до 10 Тл с помощью изобретенных им медных электромагнитов специальной конструкции, которые с тех пор называются «Биттеровскими». Лаборатория в Массачусетском институте технологий (MIT) в Бостоне, в которой он работал, стала впоследствии называться его именем и до сих пор является мировым центром, где разрабатываются сверхсильные магниты.
На сегодняшний день в мире существует только три специализированных центра, в которых получают сильные магнитные поля с магнитной индукцией около 40 Тл. Это Лабораториии сверхсильных полей в Талахасси (США), в Гренобле (Франция) и Наймегене (Нидерланды). Такие магнитные установки сопоставимы по масштабам с крупными заводскими корпусами, являются крайне дорогостоящими, энергоемкими, и функционируют как центры коллективного пользования, в которые могут приехать исследователи из разных стран и провести там свои эксперименты. В России же сейчас максимальное стационарное поле, доступное для исследователей, составляет 21 Тл; такой сверхпроводящий магнит функционирует в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН, также в режиме коллективного пользования.
Специалисты из России имеют возможность провести свои исследования в этих зарубежных центрах, однако существует ряд ограничений, сильно затрудняющих работу и, тем более, дальнейшее практическое использование результатов таких исследований именно в России. Поэтому наличие собственного центра сверхсильных магнитных полей – это не только проблема проведения актуальных научных исследований на передовом уровне, но и вопрос престижа страны и демонстрации ее технологического уровня.
На фото: Пудалов В.М., доктор физико-математических наук, заведующий отделом высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур Физического института им. П. Н. Лебедева РАН
Недавно специалистами из MIT (США) совместно со специалистами из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН разработан проект создания серии источников магнитных полей на основе только сверхпроводниковых материалов, с индукцией до 100 Тл, что в 2,5 раза выше существующих рекордных полей. Реализация данного проекта рассчитана на 10 лет и предполагает строительство для 100 Тл магнита отдельного здания, высотой 20 метров. Однако уже через 3…5 лет может быть создан первый, самый «маленький» из этих магнитов – в 40 Тл. Несмотря на свои миниатюрные лабораторные размеры, около 60 см в диаметре, данный магнит сразу выводит Россию на один уровень с тремя подобными мировыми центрами и открывает широкие перспективы развития российских технологий. В России очень много талантливых ученых и гениальных теоретических разработок, которым нужна экспериментальная база.
Пудалов Владимир Моисеевич: «Если посмотреть на список Нобелевских премий, то очень большое количество из них было получено благодаря тому, что ученые имели доступ к сильным магнитным полям. Даже если в названии Нобелевской премии в области физики не звучит понятие «сильные магнитные поля» или «сверхпроводимость», то стоит посмотреть поглубже, и оказывается, что за этим в большинстве случаев стоят эксперименты, сделанные в сильных магнитных полях. Если у нас в России будет доступ к источнику сильных магнитных полей в 40 Тл и, впоследствии, в 100 Тл – это откроет нам дверь в будущее».
Строящаяся в настоящий момент Лаборатория высокотемпературной сверхпроводимости и сверхпроводниковых наноструктур, располагает всей необходимой технической базой для реализации на своей территории данного уникального проекта. Лаборатория будет расположена в одном из корпусов ФИАН, в котором сейчас ведутся серьезные работы по реконструкции. Вдохновитель Лаборатории, выдающийся российский физик Виталий Лазаревич Гинзбург, всю жизнь посвятил исследованиям «сверхпроводимости» и мечтал о красивом и естественном применении сверхпроводников. К сожалению, революционная идея такого применения для создания источника сильных магнитных полей возникла уже после его ухода из жизни. Основой идеи стали разработки новых сверхпроводников, способных работать в более сильных магнитных полях.
Для изготовления самого магнита потребуется большое количество специальной ленты из прочного и сверхпроводящего материала, производство которой уже сейчас возможно в России. Таким образом, весь проект может быть осуществлен целиком с помощью российских технологий и материалов. А параллельно проводимые в ФИАН исследования направлены на разработку новых, еще более совершенных сверхпроводниковых материалов, приближая осуществление мечты В.Л. Гинзбурга и упрощая создание сверхсильных магнитов.
Какие потрясающие открытия последуют из экспериментов в настолько сильных магнитных полях, в 100 Тл – невозможно пока даже представить. Этот проект может стать ключевым событием в развитии современной физики и подарить России ультрасовременные технологии, которые выведут нас на принципиально новый экономический уровень в мире.
Е. Барчугова, АНИ «ФИАН-Информ»
30.05.2013
