magneetspoelen

Aan de Radboud Universiteit is een wereldrecord gevestigd. Onderzoekers hebben er een resistieve (niet-supergeleidende) magneet ontworpen en gebouwd die het huidige wereldrecord van 36 tesla ruimschoots verslaat.

Een continu magneetveld van 38 tesla in een resistieve magneet. Dat is wat de onderzoekers van het High Field Magnet Laboratory aan de Radboud Universiteit bewerkstelligd hebben. Het magneetveld is van grote waarde voor materiaalonderzoek. “We kunnen eigenschappen van nieuwe materialen eerder ophelderen en dit kan een enorme boost aan materiaalinnovatie geven,” legt onderzoeker Uli Zeitler uit.

Uitdaging
De ontwikkeling van de magneet ging niet zonder slag of stoot. Er moesten verschillende hindernissen worden genomen. Eén van die hindernissen was de koeling van de magneet. Om een hoger veld te maken, moet er meer stroom door de magneet worden gestuurd en warmt deze meer op. Dat betekent dat er meer koelwater door de magneetspoelen moet worden gestuurd. “Als je de koelgaatjes in de magneetspoelen – waar het koelwater door stroomt – vergroot dan gaat er meer stroom door de overige stukken van de spoel,” vertelt onderzoeker Frans Wijnen. “Daar komen enorme krachten op te staan. Wij berekenden dat we de gaatjes alleen voldoende konden vergroten als we de vorm van de gaatjes – en daarmee het stresspunt – zouden aanpassen: een fundamenteel ander ontwerp.”

“We kunnen eigenschappen van nieuwe materialen eerder ophelderen en dit kan een enorme boost aan materiaalinnovatie geven”

Populair
Maar het is gelukt en volgende week wordt de recordbrekende magneet in gebruik genomen. Het lab verwacht dat de magneet niet alleen door wetenschappers werkzaam aan de Radboud Universiteit, maar ook door veel externe gebruikers zal worden benut. Op dit moment zijn experimenten in dit veldbereik alleen in de Verenigde Staten mogelijk. Daar bevindt zich een 45 tesla hybride – oftewel deels supergeleidende – magneet. Maar het is lastig om die populaire magneet te boeken. “Met onze nieuwe 38 tesla magneet maken wij zulke hoge magneetvelden nu voor een grotere groep onderzoeker toegankelijk.” Het lab hoopt binnenkort te starten met de bouw van een tweede 38 tesla magneet. Die zal in 2015 klaar zijn.

Goedkoop
De magneet die nu in Nijmegen te vinden is, is relatief goedkoop: ongeveer tien keer goedkoper dan de hybride magneet in de VS. “Hybride magneten bestaan uit een resistieve binnenspoel en een supergeleidende buitenspoel,” vertelt Wijnen. “De kosten daarvoor liggen rond de vijftien miljoen euro. Onze 38 tesla magneet kost 1,5 miljoen euro en een tweede zou één miljoen euro kosten. Dat maakt deze techniek interessant, zelfs al zijn de stroomkosten van ongeveer één miljoen euro per jaar veel hoger dan die van een hybride magneet.”

De machtige magneet smaakt naar meer. “Er is een limiet aan de veldsterkte die je met resistieve magneten kunt bereiken en daar zitten we nu tegenaan,” vertelt Wijnen. Vandaar dat er nu ook gewerkt wordt aan een hybride magneet. “Met de hybride magneet, die naar verwachting in 2017 klaar is, hopen we 45 tesla te halen.”