Сегодня, магниты, используемые в ядерном магнитном резонансе (NMR) и медицинской магнитно-резонансной томографии (MRI), представляют основное коммерческое применение сверхпроводимости. NMR, используемый, главным образом, в химической и фармацевтической промышленности, позволяет обнаруживать новые молекулы, изучая структуру белков или анализируя содержание еды.
Это важно для разработки лекарственного средства или контроля качества химических соединений. Современные инструменты измерения, доступные на рынке сегодня и произведенные особенно Bruker BioSpin, мировым лидером в этой области, в состоянии произвести магнитные поля до 23,5 Tesla. Этот предел связан с физическими свойствами обычных материалов сверхпроводимости, используемых, чтобы произвести магнитное поле. «Однако есть потребность в более мощных спектрометрах в биомедицинской области», говорит Кармине Сенаторе, преподаватель в Отделе Квантовой Физики Вопроса в Отделении естественных наук в UNIGE. «Действительно, чем более сильный магнитное поле, тем лучше разрешение молекулярных структур.
Цель нашего сотрудничества состояла в том, чтобы поэтому достигнуть новой рекордной отметки для интенсивности магнитного поля 25 Tesla с недавно доступными материалами сверхпроводимости, которые были реальной научной и технологической проблемой. Это – также важная веха во введении решающих технологий для развития коммерческих «крайних высоких полевых» продуктов NMR».
Чтобы создать магнитное поле 25 Tesla, исследователи объединили магнит лаборатории Bruker, производящий 21 Tesla, уже установленную в UNIGE, с инновационной катушкой вставки сверхпроводимости, увеличивающей область еще 4 Tesla; так всего область далеко за пределами 23,5 Tesla, достижимых с обычными катушками сверхпроводимости, могла быть произведена. Чтобы действовать, катушка должна быть охлаждена с жидким гелием к температуре − 269°C (4,2 K). Сверхпроводник, выбранный, чтобы достигнуть такой области, является основанной на меди-окисью керамикой, YBCO. Слой один микрометр толщиной сверхпроводника покрывает тонкую стальную ленту, которая является тогда раной на цилиндрическую поддержку, чтобы получить катушку.
140 метров ленты 3 мм шириной были необходимы, чтобы произвести катушку вставки сверхпроводимости. В предварительной стадии проектирования много типов коммерчески доступных лент сверхпроводимости систематически изучались и проверялись, чтобы понять и управлять их электрическими, магнитными, механическими и тепловыми свойствами.
Проблема состояла из нахождения проводника с правильным балансом свойств: это должно нести токи высокого напряжения без разложения, вынести извилистый процесс без деградации и противостоять магнитно произведенным механическим усилиям. Это было достигнуто.«В дополнение к достижимой более высокой резолюции, которая будет, конечно, стимулировать научное сообщество и сеть учреждений, работающую в центре молекулярной науки, использование YBCO также упростит эксплуатацию спектрометров NMR при помощи менее сложных систем охлаждения», объясняет Риккардо Тедиоси, менеджер группы Superconducting Technologies BioSpin Bruker.
Эти первые 25 катушек Tesla будут центральной и неотъемлемой частью лаборатории прикладной сверхпроводимости в UNIGE. Хотя катушка не коммерческий продукт, ноу-хау, развитое для его дизайна и изготовления, представляет неоценимый вклад в коммерческие системы NMR на основе этой технологии. Этот проект демонстрирует, как швейцарская сеть научно-исследовательских институтов и корпораций, активных в этой области в Швейцарии, в состоянии справиться с такими технологиями.
В ближайшем будущем этот рекордный магнит будет использоваться для основного и фундаментального исследования, в то время как ученые и инженеры будут стремиться к еще более сложным целям: катушки все-сверхпроводимости, производящие стабильные и гомогенные магнитные поля вне 30 Tesla.