Современная наука всё чаще ищет способы отказаться от громоздких и дорогостоящих сверхпроводников при создании мощных и стабильных магнитных полей. Исследователи из Германии предложили инновационное решение этой задачи: они создали компактную конфигурацию из постоянных магнитов, превосходящую по характеристикам знаменитую решетку Хальбаха, которая до сих пор считалась стандартом в получении однородных магнитных полей. Новый подход может не только удешевить технологии МРТ, но и повлиять на развитие систем магнитной левитации, ускорителей частиц и других высокотехнологичных платформ.
В основе изобретения — тщательно выверенные многослойные конструкции, в которых магниты ориентированы в пространстве таким образом, чтобы их магнитные поля складывались в максимально однородную и концентрированную зону. Это решает проблему реальных, конечных размеров магнитных установок, где классические схемы, такие как массив Хальбаха, теряют эффективность. Последний демонстрирует идеальную однородность только при гипотетической бесконечной длине, чего, конечно, невозможно добиться на практике. В новых конфигурациях удалось устранить искажения поля по краям и добиться высокой однородности даже при малых размерах установки.
Физики Петер Блюмлер и Инго Реберг разработали и математически описали две ключевые геометрии: одиночное кольцо и двойное кольцо. Вторая схема — «сфокусированная» — особенно перспективна, так как позволяет формировать однородное магнитное поле не только внутри кольца, но и в объёме над его поверхностью. Это открывает новые возможности, например, для считывания сигналов от объектов, расположенных вне самого магнита — ключевой фактор для многих прикладных технологий.
Чтобы проверить теоретические расчёты, исследователи изготовили магнитные массивы из 16 неодим-железо-борных (FeNdB) кубоидов, установленных на точно выверенных 3D-печатных опорах. Магнитное поле, полученное в результате, демонстрировало напряженность до 20 мТл и однородность с отклонением не более 5 промилле в сферическом объеме диаметром 50 мм. Эксперименты полностью подтвердили аналитические модели, а результаты оказались значительно лучше по сравнению с классическими и модифицированными решетками Хальбаха.
Практическая значимость открытия трудно переоценить. В области магнитно-резонансной томографии однородность магнитного поля имеет решающее значение: именно она определяет качество сигнала от ядер водорода, распределенных в тканях человеческого тела. Современные МРТ-аппараты используют сверхпроводники, которые требуют охлаждения до температур жидкого гелия и обладают крайне высокой стоимостью, что ограничивает их распространение в странах с низким уровнем дохода. Альтернатива на основе постоянных магнитов, при сохранении качества и однородности поля, может значительно расширить доступность диагностики.
Кроме МРТ, новая технология найдёт применение в: системах магнитной левитации (транспорт и промышленность), ускорителях частиц (физика высоких энергий), квантовых сенсорах (нанотехнологии), магнитной сепарации (химия и биология), точных магнитных ловушках (физика и медицина).
Таким образом, открытие немецких физиков представляет собой не просто инженерное достижение, а фундаментальный шаг вперёд в управлении магнитными полями. Миниатюризация, экономичность, стабильность и предсказуемость — эти качества делают новую технологию мощным инструментом для науки, медицины и промышленности XXI века.
А затем «Добавить на главный экран».