Il magnete in miniatura rivaleggia per la prima volta con la forza dei giganti magnetici

Un magnete abbastanza piccolo da stare nel palmo di una mano può per la prima volta eguagliare la forza di alcuni dei magneti più potenti del mondo.

I potenti magneti svolgono molti ruoli nella scienza e nella tecnologia, con usi in tutto, dall’imaging MRI e dagli acceleratori di particelle agli sforzi sulla fusione nucleare. I più potenti sono costituiti da superconduttori, materiali che conducono l’elettricità con un’efficienza quasi perfetta.

Ma i magneti superconduttori che generano forti campi magnetici sono spesso pesanti: i magneti più piccoli hanno solitamente le stesse dimensioni guerre stellari Robot R2D2, mentre il più grande equivale a un edificio a due piani, dice Alessandro Barnes All’ETH di Zurigo in Svizzera.

Lui e i suoi colleghi hanno ora creato un magnete superconduttore che è competitivo con i magneti più grandi in termini di forza, ma misura solo 3,1 millimetri di diametro. Lo hanno realizzato avvolgendo un nastro sottile di un materiale ceramico chiamato REBCO, che è superconduttore quando raffreddato a temperature estremamente basse. Quando la corrente elettrica passa attraverso queste bobine, queste generano campi magnetici.

Il team ha acquistato il nastro REBCO da una società commerciale, quindi ha iniziato a cercare il miglior design del magnete, costruendone e testandone più di 150, afferma Barnes. “La nostra strategia era quella di sviluppare e adottare un approccio del tipo “fallisci spesso e fallisci velocemente””.

Alla fine concordarono su un progetto che consisteva in due o quattro bobine di REBCO a forma di frittella che potevano generare campi magnetici con intensità rispettivamente di 38 Tesla e 42 Tesla. Per fare un confronto, un magnete da frigorifero ha tipicamente un’intensità del campo magnetico inferiore a 0,01 Tesla. I due magneti che attualmente producono i campi magnetici statici più forti del mondo, che raggiungono circa 45 Tesla, pesano diverse tonnellate e richiedono fino a 30 megawatt di potenza. Il magnete di Barnes e della sua squadra è più piccolo della tua mano e richiede meno di 1 watt di potenza.

Barnes afferma che il suo obiettivo finale è utilizzare questo magnete per la risonanza magnetica nucleare (NMR), una tecnica sperimentale che utilizza i campi magnetici per rivelare la struttura di molecole come farmaci e catalizzatori per processi industriali. A loro avviso, questa potente tecnologia è ostacolata dalle dimensioni e dai costi dei magneti, ma i ricercatori sperano di renderla accessibile a un numero maggiore di chimici. Barnes afferma che il team ha già iniziato a testare il magnete in una configurazione NMR.

“La produzione di campi magnetici superiori a 40 Tesla ha tradizionalmente richiesto strutture molto grandi e costose, quindi è importante ottenere intensità di campo simili in un dispositivo così compatto utilizzando nastro superconduttore”, afferma Mark Ainslie King’s College di Londra. “Ciò suggerisce che i magneti a campo estremamente elevato potrebbero diventare più accessibili a una gamma più ampia di laboratori nel prossimo futuro.”

Ma prima che i magneti possano raggiungere un uso diffuso, rimangono ancora delle domande: ad esempio, come uniformare i campi magnetici e come gestire e controllare il comportamento elettromagnetico di queste bobine, dice.