Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Национальная лаборатория сильного магнитного поля
NHMFLbuildingtallahassee.JPG
Учредил1 октября 1994 г. ( 1994-10-01 )
Бюджет48,4 млн. Долл. США
ДиректорГрегори С. Бобингер
Место расположенияТаллахасси, Флорида
КампусГосударственный университет Флориды
ПринадлежностиУниверситет штата Флорида, Университет Флориды, Национальная лаборатория Лос-Аламоса
Операционное агентство
Государственный университет Флориды
Интернет сайтNationalMagLab.org

Национальная Лаборатория сильных магнитных полей ( MagLab ) является объект в Университете штата Флорида , в Университете Флориды и Национальной лаборатории в Лос - Аламосе в Нью - Мексико, который осуществляет магнитное поле исследования в области физики , биологии , биоинженерии , химии , геохимии , биохимии . Это единственный такой объект в США [1] и один из девяти [ необходима ссылка ] во всем мире. Лаборатория поддерживается Национальным научным фондом.и штат Флорида , и работает в сотрудничестве с частным сектором.

В настоящее время лаборатория является мировым рекордсменом по обладанию самым сильным магнитом в мире для экспериментов по спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 33-тонный последовательно соединенный гибридный магнит (SCH) побил рекорд во время серии испытаний, проведенных инженерами и учеными MagLab. Инструмент достиг максимальной отметки 36 Тесла 15 ноября 2016 г. [2]

История [ править ]

Предложение и награда [ править ]

В 1989 году Государственный университет Флориды (БСС), Национальная лаборатория Лос-Аламоса и Университет Флориды представили в Национальный научный фонд (NSF) предложение о создании новой национальной лаборатории, поддерживающей междисциплинарные исследования в сильных магнитных полях. План предложил федеральным - государственное партнерство , где подают магнит исследований , связанных, научно-техническое образование и ПАРТНЕРСКОГО промышленности. Цель заключалась в том, чтобы сохранить конкурентоспособные позиции США в исследованиях и разработках, связанных с магнитами. После проведения независимого рецензирования NSF одобрил предложение консорциума под руководством бывшего Советского Союза.

Конкурирующее предложение MIT [ править ]

В конкурирующем предложении к NSF Массачусетский технологический институт (MIT), Университет Айовы , Университет Висконсин-Мэдисон , Брукхейвенская национальная лаборатория и Аргоннская национальная лаборатория предложили улучшить существующий магнит Фрэнсиса Биттера мирового класса. Лаборатория Массачусетского технологического института. 5 сентября 1990 года исследователи Массачусетского технологического института попросили 21 члена Национального научного совета (NSB) «пересмотреть и пересмотреть» его решение. [3]Учитывая, что на кону гранта NSF поставлено 60 миллионов долларов, Массачусетский технологический институт заявил, что откажется от использования лаборатории Фрэнсиса Биттера, если она потеряет свою привлекательность, что стало первым в истории NSF. Запрос был отклонен 18 сентября 1990 г. [4]

Ранние годы [ править ]

Первые годы лаборатории были потрачены на создание инфраструктуры, строительство объекта и набор преподавателей. Комплекс Таллахасси был посвящен 1 октября 1994 года большой толпе с основным докладчиком, вице-президентом Элом Гором .

Миссия [ править ]

Миссия лаборатории, изложенная NSF, заключается в следующем: «Обеспечивать самые высокие магнитные поля и необходимые услуги для научных исследований, проводимых пользователями из широкого спектра дисциплин, включая физику, химию, материаловедение, инженерию, биологию и геологию. "

Лаборатория ориентирована на четыре цели:

  • Развивать пользовательские объекты и услуги для исследований, связанных с магнитами, открытые для всех квалифицированных ученых и инженеров.
  • Передовая магнитная технология в сотрудничестве с промышленностью
  • Содействовать созданию междисциплинарной исследовательской среды и управлять собственной исследовательской программой, которая использует и развивает возможности
  • Разработайте образовательную информационную программу

Образование и работа с общественностью [ править ]

Национальная MagLab продвигает научное образование и поддерживает учителей естественных наук, инженерии и естествознания через свой Центр интеграции исследований и обучения. Программы включают наставничество в междисциплинарной учебной среде. Через Магнитную академию [5] веб-сайт лаборатории предоставляет образовательные материалы по электричеству и магнетизму.

Национальная MagLab также проводит ежемесячные туры, открытые для публики, и ежегодно проводит дни открытых дверей, на которых присутствуют около 5000 человек. В местных школах также доступны специальные туры и информационные программы. В интервью Skepticality доктор Скотт Ханнас сказал: «Если вы приедете в третью субботу февраля, я думаю, у нас будет день открытых дверей, и у нас есть катушки Тесла, стреляющие искрами, и мы плавим камни в группе геохимии, и мы измеряем скорость. звука, и у нас есть лазеры и пусковые установки для картофеля, и у нас просто есть всякие вещи, демонстрирующие небольшие научные принципы и прочее. Мы собираемся вместе, и у нас появляется около 5000 человек, чтобы приехать и посетить физическую лабораторию, которая является довольно удивительной группой людей . " [6]

Программы [ править ]

Схема гибридного магнита 45 Тесла

Программы Университета штата Флорида [ править ]

Таллахасси лаборатории в Университете штата Флорида является 34374 квадратных метров (370000 квадратных футов.) Комплекс и насчитывает около 300 преподавателей , сотрудников, выпускников и докторантов студентов. Его директор - физик Грегори Скотт Бобингер . Его главный ученый - Лаура Грин .

Полевая программа DC [ править ]

Объект состоит из 14 резистивных магнитных ячеек, подключенных к источнику постоянного тока мощностью 48 мегаватт, и охлаждающего оборудования на 15 000 квадратных футов (1400 м 2 ) для отвода тепла, выделяемого магнитами. На объекте находится несколько магнитов, в том числе гибридный магнит 45 Тесла , сочетающий в себе резистивные и сверхпроводящие магниты. Лабораторный резистивный магнит 41,4 Тесла является самым сильным резистивным магнитом постоянного тока (непрерывного поля) в мире [7], а магнит Кека 25 Тесла имеет самую высокую однородность среди всех резистивных магнитов. [8]

ЯМР-спектроскопия и визуализация [ править ]

Эта программа служит широкому кругу пользователей в области спектроскопии ЯМР в растворе и твердом теле, а также МРТ и диффузионных измерений при высокой напряженности магнитного поля. Лаборатория разрабатывает технологии, методологию и приложения в сильных магнитных полях как внутри компании, так и за ее пределами. Магнит ЯМР на 900 МГц (21,1 Тесла) собственного производства имеет сверхширокое отверстие диаметром 105 мм (около 4 дюймов), этот сверхпроводящий магнит имеет самое высокое поле для МРТ-исследования живых животных. [ необходима цитата ]

Ионный циклотронный резонанс [ править ]

Программа масс-спектрометрии с ионным циклотронным резонансом с преобразованием Фурье участвует в разработке приборов и методик, а также в области применения масс-спектрометрии FT-ICR. Под руководством директора Алана Г. Маршалла программа постоянно развивает методы, инструменты и приложения масс-спектрометрии FT-ICR. В программе есть несколько инструментов, в том числе 14,5 тесла, диаметр ствола 104 мм.

Электронный магнитный резонанс [ править ]

Наиболее распространенной формой ЭМИ является электронный парамагнитный / спиновой резонанс (ЭПР / ЭПР). В экспериментах ЭПР наблюдаются переходы между подуровнями mS электронного спинового состояния S, которые расщепляются приложенным магнитным полем, а также взаимодействиями тонкой структуры и электронно-ядерными сверхтонкими взаимодействиями. Этот метод находит применение в химии, биохимии, биологии, физике и исследованиях материалов.

Магнитная наука и техника [ править ]

Подразделение магнитных наук и технологий отвечает за разработку технологий и экспертных знаний для магнитных систем. Эти магнитные проекты включают создание передовых магнитных систем для предприятий в Таллахасси и Лос-Аламос, сотрудничество с промышленностью в разработке технологии для улучшения возможностей производства сильнопольных магнитов и улучшение сильнопольных магнитных систем посредством исследований и разработок.

Также в штаб-квартире лаборатории в бывшем Советском Союзе Центр прикладной сверхпроводимости развивает науку и технологии сверхпроводимости как для низкотемпературных материалов на основе ниобия, так и для высокотемпературных материалов на основе купрата или MgB 2 . ASC занимается разработкой сверхпроводников для магнитов для термоядерного синтеза, физики высоких энергий, магнитно-резонансной томографии, а также линий электропередачи и трансформаторов.

Внутреннее исследование [ править ]

Внутренняя исследовательская программа использует возможности MagLab для проведения высокопрофессиональных исследований в области науки и техники, а также для продвижения пользовательских программ лаборатории за счет разработки новых методов и оборудования.

Группа конденсированного состояния [ править ]

Ученые из группы конденсированных сред концентрируются на различных аспектах физики конденсированного состояния , включая исследования и эксперименты, связанные с магнетизмом, квантовым эффектом Холла , квантовыми колебаниями, высокотемпературной сверхпроводимостью и системами с тяжелыми фермионами.

Программа по геохимии [ править ]

Программа геохимических исследований сосредоточена на использовании микроэлементов и изотопов для понимания земных процессов и окружающей среды. Сфера научных интересов варьируется от химической эволюции Земли и Солнечной системы во времени до проблем местного масштаба по источникам и переносу экологически значимых веществ. Исследования, проводимые отделом геохимии, касаются земных и внеземных вопросов и включают наземные и морские экспедиции и полеты космических кораблей. Вместе с отделениями химии и океанографии бывшего СССР компания Geochemistry начала программу по биогеохимической динамике.

Другие программы [ править ]

Другие программы включают криогенику, оптическую микроскопию, квантовые материалы и резонансную ультразвуковую спектроскопию.

В лаборатории также есть группа исследователей материалов, которая исследует новые способы изготовления высокопрочных магнитных материалов с использованием более распространенных и дешевых элементов. [6]

Импульсное поле Лос-Аламосской национальной лаборатории [ править ]

В Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико находится установка импульсного поля, которая предоставляет исследователям экспериментальные возможности для широкого диапазона измерений в неразрушающих импульсных полях до 101 Тл (75 Тл в настоящее время и 101 Тл в ремонте). Магниты с импульсным полем создают сильные магнитные поля, но только в течение долей секунды. Лаборатория расположена в центре Лос-Аламоса. В 1999-2000 годах объект был переведен в новый, специально спроектированный Экспериментальный зал, чтобы лучше приспособиться к работе и поддержке пользователей. Программа является первой и единственной пользовательской установкой с сильным импульсным полем в Соединенных Штатах.

Установка обеспечивает широкий спектр экспериментальных возможностей до 100 Тесла с использованием коротких и длинных импульсных магнитов. Электроэнергия поступает от импульсной инфраструктуры, которая включает двигатель-генератор мощностью 1,43 гигаватт и пять источников питания мощностью 64 мегаватта. Мотор-генератор на 1200 тонн установлен на инерционном блоке массой 4800 тонн (4350 тонн), который опирается на 60 пружин для минимизации подземных толчков и является центральным элементом Лаборатории импульсного поля.

Магниты установки включают длинноимпульсный магнит 60 Тесла (в ремонте), который является самым мощным магнитом с управляемыми импульсами в мире.

Программы Университета Флориды [ править ]

Университет Флориды является домом для пользователей оборудования для магнитно-резонансной томографии или (МРТ) со сверхнизкотемпературной и сверхтихой средой для экспериментальных исследований в Центре High B / T (сильное магнитное поле / низкая температура). Оборудование также доступно для изготовления и определения характеристик наноструктур на новом наноразмерном исследовательском центре, работающем совместно с главным аналитическим и приборным центром университета.

High B / T Facility [ править ]

Установка High B / T является частью Лаборатории Микрокельвина физического отдела и проводит эксперименты в сильных магнитных полях до 15,2 Тл и при температурах до 0,4 мК одновременно для исследования намагниченности, термодинамических величин, измерений переноса, магнитного резонанса и т. Д. вязкость, диффузия и давление.

Установка удерживает мировые рекорды по высокому коэффициенту B / T в заливе 1 для краткосрочных возможностей слабого поля и мировые рекорды для длительных (> 1 недели) экспериментов в высоком поле. [ необходима цитата ] Исследовательская группа является мировым лидером в коллективных исследованиях квантовых жидкостей и твердых тел с точки зрения широкого спектра и низкотемпературных методов (термометрия, ЯМР, ультразвук, теплоемкость, охлаждение образцов).

Расширенная магнитно-резонансная томография и спектроскопия [ править ]

Программа расширенной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии включает средства для программы ЯМР Mag Lab, которые дополняют возможности штаб-квартиры лаборатории в Таллахасси. Программа находится в Институте мозга Макнайта при Университете Флориды. Их инструменты включают в себя магнит ЯМР 600 МГц с высокотемпературным сверхпроводящим датчиком с тройным резонансом 1 мм, который обеспечивает самую высокую массовую чувствительность среди всех датчиков на любой частоте в мире. [ необходима цитата ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Национальный научный фонд поддерживает исследовательскую инфраструктуру" (PDF) . Национальный фонд науки. п. 66.
  2. ^ "National MagLab устанавливает новый мировой рекорд с помощью гибридного магнита" . Phys.Org, 10 ноября 2016 г.
  3. ^ «Массачусетский технологический институт просит Национальный научный совет пересмотреть голосование в магнитной лаборатории» . MIT Tech Talk (пресс-релиз). Офис новостей Массачусетского технологического института. Архивировано из оригинала на 11 марта 2005 года.
  4. ↑ Мехта, Прабхат (18 сентября 1990 г.). «NSB отрицает привлекательность магнита Массачусетского технологического института» . Технология (Интернет-издание) . Проверено 26 августа 2009 .
  5. ^ Магнитная академия
  6. ^ a b Дерек Коландуно (13 декабря 2011 г.). «Магнитная сила» (Подкаст). Скептик . Проверено 5 декабря 2014 .
  7. ^ "MagLab устанавливает рекорд самого сильного резистивного магнита" . NationalMagLab.org. 2017-08-22 . Проверено 3 марта 2020 .
  8. ^ "Самый сильный магнит в мире" . NationalMagLab.org . Проверено 15 августа 2018 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Национальная лаборатория сильного магнитного поля , Государственный университет Флориды
  • Установка импульсного поля , Лос-Аламосская национальная лаборатория
  • High B / T Facility , Университет Флориды
  • Ядерно-магнитный резонанс и магнитно-резонансная томография / спектроскопия Advanced Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy Facility], Центр ЯМР-МРТ / S в штаб-квартире MagLab возле Университета штата Флорида в Таллахасси и Центр расширенной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии (AMRIS) в Университете Флорида в Гейнсвилле.

Координаты : 30.425215 ° N 84.320915 ° W30 ° 25′31 ″ с.ш. 84 ° 19′15 ″ з.д. /  / 30.425215; -84,320915