Buzz
Các nhà khoa học Trung Quốc đã xác lập kỷ lục thế giới mới khi chế tạo nam châm điện có từ trường ổn định đạt 42,02 Tesla – mạnh hơn 800.000 lần so với từ trường của Trái Đất. Thành tựu này đánh dấu một bước đột phá quan trọng trong nghiên cứu vật lý, tạo điều kiện cho sự phát triển các loại nam châm mạnh mẽ và tin cậy hơn.
Thành công này đến từ Phòng thí nghiệm từ trường cao (CHMFL) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, sau gần bốn năm nỗ lực nghiên cứu và phát triển. Nhóm nghiên cứu đã không ngừng cải tiến cấu trúc nam châm và tối ưu hóa quy trình sản xuất để đạt được kỷ lục mới. Với nguồn điện 32,3 MW, nam châm này đã vượt qua mức 41,4 Tesla – kỷ lục trước đây do Phòng thí nghiệm từ trường cao quốc gia Mỹ (NHMFL) thiết lập vào năm 2017.
Nam châm điện được chế tạo từ dây kim loại cuộn và thường được ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu khoa học. Mặc dù công nghệ này đã có từ lâu, nhưng nó vẫn đóng vai trò quan trọng nhờ khả năng tạo ra từ trường mạnh và ổn định trong thời gian dài. Năm 2022, CHMFL cũng từng ghi nhận thành công khi chế tạo nam châm lai mạnh nhất thế giới với từ trường 45,22 Tesla.
Tác động đối với nghiên cứu khoa học và vật lý
Kỷ lục mới của Trung Quốc không chỉ là một thành tựu kỹ thuật, mà còn mở ra nhiều cơ hội cho các khám phá khoa học. Joachim Wosnitza, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm từ trường cao Dresden (Đức), cho rằng thành công này sẽ tạo điều kiện cho việc phát triển các loại nam châm tin cậy có khả năng duy trì từ trường mạnh hơn, thúc đẩy sự tiến bộ trong lĩnh vực vật lý.
Các nam châm có từ trường cao, như nam châm điện của CHMFL, được coi là công cụ thiết yếu trong nghiên cứu các tính chất ẩn của vật liệu tiên tiến. Đặc biệt, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu chất siêu dẫn, những vật liệu có khả năng dẫn điện mà không sinh nhiệt thải ở nhiệt độ thấp. Từ trường cao cũng mở ra cơ hội để quan sát các hiện tượng vật lý mới, từ đó giúp hiểu rõ hơn về vật lý của vật chất ngưng tụ.
Theo Alexander Eaton, nhà vật lý tại Đại học Cambridge, mỗi tesla bổ sung trong từ trường sẽ nâng cao độ chính xác của các phép đo khoa học, giúp phát hiện những hiện tượng vật lý tinh vi hơn và cải thiện độ phân giải trong các thí nghiệm.
Nam châm điện trở và những thách thức về tiêu thụ năng lượng
Mặc dù có nhiều lợi thế trong việc tạo ra từ trường cao, nam châm điện trở vẫn phải đối mặt với thách thức lớn về mức tiêu thụ năng lượng. Để duy trì từ trường 42,02 Tesla, nam châm của CHMFL cần đến 32,3 megawatt điện – một con số khổng lồ, đòi hỏi phải có sự biện minh thuyết phục về lợi ích khoa học để sử dụng nguồn lực này. Sự tiêu thụ năng lượng đáng kể này chính là một nhược điểm của công nghệ nam châm điện trở, làm tăng chi phí vận hành.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đang tìm cách phát triển các loại nam châm lai và nam châm siêu dẫn hoàn toàn mới, có khả năng tạo ra từ trường cao nhưng tiêu thụ ít năng lượng hơn. Năm 2019, NHMFL đã thành công chế tạo một nam châm siêu dẫn nhỏ đạt 45,5 Tesla trong thời gian ngắn. Họ cũng đang phát triển một phiên bản nam châm siêu dẫn lớn hơn với từ trường 40 Tesla. Trong khi đó, nhóm nghiên cứu tại CHMFL cũng đang phát triển nam châm hybrid với từ trường lên đến 55 Tesla.
Tương lai của nam châm siêu dẫn và hybrid
Các loại nam châm mới, như nam châm siêu dẫn và nam châm hybrid, hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả hoạt động cao hơn so với nam châm điện trở. Chúng tiêu thụ ít năng lượng hơn và dự kiến sẽ giúp giảm chi phí vận hành. Tuy nhiên, những công nghệ này cũng phải đối mặt với những thách thức riêng, đặc biệt là chi phí xây dựng ban đầu rất cao và yêu cầu hệ thống làm mát phức tạp.
Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ, những nam châm mạnh mẽ hơn và tiêu thụ ít năng lượng sẽ giúp các nhà khoa học tiến xa hơn vào những khám phá vật lý mới, từ đó mang lại những hiểu biết sâu sắc hơn về vũ trụ và các hiện tượng tự nhiên.
Thành tựu của Trung Quốc trong việc phá vỡ kỷ lục thế giới với từ trường mạnh 42,02 Tesla không chỉ đánh dấu một bước tiến công nghệ quan trọng mà còn tạo nền tảng cho các nghiên cứu khoa học trong tương lai. Dù việc tiêu thụ năng lượng cao vẫn là một thách thức lớn, sự phát triển của các loại nam châm mới đang mở ra nhiều cơ hội cho khoa học và vật lý, đưa chúng ta tiến gần hơn đến những khám phá vĩ đại trong thế giới vật chất ngưng tụ và các lĩnh vực khác.
