Dzięki pracy niemieckich fizyków z Uniwersytetu w Bayreuth i Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji powstał kompaktowy, tani i wydajny system magnesów, który może znaleźć zastosowanie m.in. w mobilnych urządzeniach rezonansu magnetycznego, akceleratorach cząstek i precyzyjnych systemach pomiarowych.
Obecnie najczęściej stosowanym rozwiązaniem do generowania silnych, jednorodnych pól magnetycznych jest tzw. tablica Halbacha. Choć teoretycznie jest ona efektywna, to jednak jej działanie w rzeczywistych warunkach wiąże się ze sporymi ograniczeniami. Klasyczna tablica Halbacha wymaga nieskończonej długości układu, co jest niepraktyczne w kompaktowych urządzeniach. W efekcie pole magnetyczne wytwarzane przez taki układ może być niestabilne, co ogranicza jego zastosowanie tylko do dużych systemów.
Czytaj także: Akcelerator cząstek nowej generacji. Ten będzie miał coś, czego nie miały dotychczasowe urządzenia
Zespół pod kierunkiem prof. Ingo Rehberga i dr Petera Blümlera zaprojektował zupełnie nową konfigurację składającą się z 16 niewielkich magnesów neodymowych opartych na strukturach wykonanych w technologii druku 3D. Bloki te ułożono w dwóch podstawowych geometriach: w postaci pojedynczego pierścienia oraz podwójnego stosu pierścieni. Dodatkowo opracowano konfigurację skupioną, która pozwala utrzymać jednorodność pola magnetycznego nie tylko w obrębie magnesów, ale także nad ich powierzchnią. To niezwykle ważne osiągnięcie, umożliwiające budowę urządzeń działających na zewnątrz układu magnesów.
Modelowanie teoretyczne oraz testy laboratoryjne potwierdziły, że generowane przez taki układ pole magnetyczne przwwyższają możliwości klasycznej tablicy Halbacha i jego pochodnych. Okazuje się bowiem, że pozornie niewielki układ oferuje silne, stabilne i bardzo jednorodne pole magnetyczne w zaskakująco kompaktowej formie, która może się okazać nieporównanie tańsza w produkcji i utrzymaniu od dotychczas wykorzystywanych rozwiązań.
Doskonałym przykładem tutaj mogą być urządzenia służące do badania za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI). Powszechnie wykorzystywane, tradycyjne urządzenia MRI bazują na nadprzewodnikach chłodzonych kriogenicznie, co oznacza ogromne koszty i skomplikowaną obsługę. Nic zatem dziwnego, że urządzenia tego typu nie znajdziemy w mniejszych miejscowościach, w mniejszych szpitalach, czy w wielu rejonach szczególnie krajów rozwijających się.
Czytaj także: 17-letni geniusz swoim projektem zawstydził wielkie firmy
Nowy układ magnesów oparty na magnesach trwałych nie tylko nie wymaga chłodzenia kriogenicznego, ale także nie wymaga drogich materiałów nadprzewodzących, co znacząco upraszcza konstrukcję i redukuje koszty. Dzięki temu może on stać się realną alternatywą dla wielu ośrodków zdrowia w mniejszych miejscowościach, czy też w licznych mobilnych klinikach, które zastępują infrastrukturę medyczną w wielu krajach na powierzchni Ziemi.
Warto tutaj zwrócić uwagę na fakt, że opisane powyżej osiągnięcie nie tylko zrewolucjonizuje medycynę. Nowy układ magnesów neodymowych może także przydać się wszędzie tam, gdzie wymagane są stabilne i silne pola magnetyczne — w akceleratorach cząstek, systemach lewitacji magnetycznej czy aparaturze naukowej. Naukowcy przyznają, że może być to pierwszy krok do rewolucji, która obniży próg wejścia dla wielu innowacyjnych rozwiązań, które dotychczas wydawały się zbyt kosztowne, a przez to nieopłacalne.