Trung Quốc vừa thiết lập cột mốc mới trong kỹ thuật nam châm cực mạnh, sau khi các nhà khoa học chế tạo nam châm siêu dẫn mạnh nhất từ ​​trước đến nay, đánh dấu bước đột phá trên toàn cầu đối với loại thiết bị nghiên cứu này. Thành tựu này cho thấy Trung Quốc hiện có năng lực tiên tiến trong việc ứng dụng siêu dẫn nhiệt độ cao vào các thiết bị khoa học quy mô lớn.

Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc vừa thông báo, một nam châm mới đạt được từ trường trung tâm 35,6 tesla tại một cơ sở thí nghiệm quốc gia ở Bắc Kinh. Công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao này, cho phép các nhà nghiên cứu tiếp cận các từ trường vượt xa những gì có thể đạt được trong các phòng thí nghiệm thông thường.

Nam châm mới là hệ thống siêu dẫn hoàn toàn, nghĩa là nó dựa hoàn toàn vào vật liệu siêu dẫn để tạo ra từ trường mạnh với tổn thất năng lượng tối thiểu. Nó cung cấp đường kính lỗ để sử dụng là 35 mm, cho phép người dùng tiến hành các thí nghiệm trực tiếp trong môi trường từ tính.

Cường độ từ trường đạt được mạnh hơn khoảng 12 đến 24 lần so với máy chụp cộng hưởng từ (MRI) trong bệnh viện và mạnh hơn 700.000 lần so với từ trường tự nhiên của Trái đất. Khả năng hoạt động ở quy mô này rất cần thiết để nghiên cứu cách các vật liệu hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.

Được thiết kế như một công cụ nghiên cứu chung, nam châm này mở cửa cho các nhà khoa học trong và ngoài nước. Theo Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc, nó nhằm mục đích hỗ trợ các thí nghiệm tiên tiến trong khoa học vật liệu, khoa học sự sống và các lĩnh vực khác, nơi môi trường từ tính mạnh và ổn định là rất quan trọng.

Sự phát triển này là kết quả hợp tác của nhiều cơ quan nghiên cứu thuộc Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc. Viện kỹ thuật điện dẫn đầu thiết kế, chế tạo và tích hợp hệ thống nam châm siêu dẫn. Trong khi đó, Viện vật lý tập trung giải quyết các thách thức kỹ thuật trong giám sát tình trạng hệ thống và đo lường chính xác các linh kiện siêu dẫn nhiệt độ cao.

Các phiên bản trước của hệ thống vào năm 2023 đạt mức từ trường thấp hơn. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã nâng cấp vật liệu, tối ưu hóa thiết kế cấu trúc và tinh chỉnh quy trình sản xuất. Các thay đổi này cho phép nhóm nghiên cứu nâng cao hiệu suất mà không cần giảm kích thước lỗ sử dụng, một yêu cầu quan trọng đối với các thí nghiệm của người dùng.

Ngoài độ bền, độ ổn định và độ tin cậy, giá trị của nam châm siêu dẫn hoàn toàn nằm ở khả năng mang lại hiệu suất cao. Các hệ thống như vậy hoạt động ở nhiệt độ cực thấp, nơi điện trở giảm xuống bằng không. Điều này cho phép chúng duy trì từ trường đồng nhất trong thời gian dài trong khi tiêu thụ năng lượng tương đối ít.

Nam châm này được lắp đặt tại cơ sở nghiên cứu tổng hợp về điều kiện cộng hưởng cực mạnh ở thành phố khoa học Huairou, ngoại ô Bắc Kinh. Cơ sở này được nghiệm thu cấp quốc gia vào tháng 2/2025, tập hợp các hệ thống nhiệt độ cực thấp, từ trường mạnh, áp suất cực cao và quang học siêu nhanh tại cùng một địa điểm.

Nam châm là vật thể hoặc thiết bị tạo ra từ trường, chúng có 2 loại chính: nam châm vĩnh cửu và nam châm điện.

Nam châm vĩnh cửu được làm từ vật liệu sắt từ, như sắt, cobalt, niken và hợp kim của chúng, được từ hóa để tạo ra từ trường vĩnh cửu của chúng. Ví dụ phổ biến của nam châm vĩnh cửu là nam châm trang trí gắn tủ lạnh.

Nam châm điện tạo ra từ trường ổn định bằng cách cho dòng điện chạy qua một cuộn dây kim loại, để sinh ra từ trường. Từ trường có thể được thay đổi bằng cách kiểm soát lượng dòng điện chạy qua cuộn dây. Nam châm điện có ba loại chính: nam châm điện trở, nam châm siêu dẫn và nam châm lai (hybrid).

● Nam châm điện trở, làm từ các kim loại phổ biến như đồng, nhôm. Chúng cung cấp khả năng từ trường linh hoạt, nhanh chóng. Nam châm điện trở tạo ra nhiệt cùng với từ trường. Mấu chốt để chế tạo nam châm điện trở mạnh là tối đa hóa lượng điện mà nó có thể mang theo, đồng thời giảm thiểu khả năng nó quá nóng và tan chảy. Hiện nay, kỷ lục nam châm điện trở mạnh nhất thế giới cũng do các nhà khoa học tại Trung Quốc thực hiện.

● Nam châm siêu dẫn, làm từ vật liệu siêu dẫn. Chúng hiệu quả hơn vì các electron có thể di chuyển qua vật liệu mà không có điện trở, nhưng chúng cần nhiệt độ cực thấp (gần độ không tuyệt đối, -273°C) để đạt điều đó. Điều này có nghĩa các electron di chuyển xung quanh mà không mất năng lượng nào cho nhiệt.

● Nam châm lai, là nam châm kết hợp cả hai loại trên thành một thiết bị.