Sciencemag.cz
Doporučujeme
„Fokusovaná“ konstrukce navíc umožňuje generovat homogenní pole mimo rovinu magnetů.
Fyzikové Ingo Rehberg z Univerzity v Bayreuthu a Peter Blümler z Univerzity Johannese Gutenberga v Mohuči vyvinuli a experimentálně ověřili inovativní přístup k vytváření homogenního magnetického pole pomocí permanentních magnetů. Jejich metoda překonává klasické Halbachovo uspořádání – které je optimální pouze pro nekonečně dlouhé, a tudíž v praxi nerealizovatelné magnety – tím, že vytváří vyšší intenzitu pole a lepší homogenitu v kompaktních konfiguracích konečné velikosti.
Homogenní magnetické pole lze vytvořit v relativně velkých prostorových oblastech cíleným uspořádáním permanentních magnetů. Známým příkladem efektivní konstrukce je takzvané Halbachovo pole. Tento přístup je však založen na idealizovaném předpokladu, že velmi dlouhé – ideálně nekonečně dlouhé – magnety (liniové dipóly) lze uspořádat do kruhu tak, aby se jednotlivé příspěvky překryly (superponovaly), a vytvořily tak homogenní magnetické pole v centrální oblasti. V praktických aplikacích, kde se používají magnety konečné délky, se výsledné pole od tohoto ideálu značně odchyluje: intenzita pole uvnitř kruhu se výrazně mění v závislosti na poloze.
Klasická Halbachova geometrie není proto optimální pro kompaktní, prakticky realizovatelné uspořádání magnetů, pokud je cílem dosáhnout co nejsilnějšího a/nebo nejrovnoměrnějšího pole. Peter Blümler a Ingo Rehberg ve své práci představují optimální trojrozměrné uspořádání velmi kompaktních magnetů, idealizované bodovými dipóly. S ohledem na možné aplikace zkoumali mj. optimální orientaci magnetů pro dvě geometrie důležité pro praktické použití: jednoduchý prstenec a složený dvojitý prstenec. „Fokusovaná“ konstrukce navíc umožňuje generovat homogenní pole mimo rovinu magnetů, například v objektu umístěném nad magnety.
Pro tato nová uspořádání Rehberg a Blümler vypracovali analytické vzorce, které následně experimentálně ověřili. Za tímto účelem zkonstruovali magnetická pole ze 16 krychlí z FeNdB (neodymový magnet) umístěných na nosičích vytištěných 3D tiskem. Výsledná magnetická pole byla změřena a porovnána s teoretickými předpověďmi, přičemž se ukázala vynikající shoda.
Z hlediska intenzity i homogenity magnetického pole nové konfigurace jasně překonávají klasické Halbachovo uspořádání i jeho modifikace popsané v dosavadní literatuře.
Nové konstrukční koncepce podle svých autorů nabízejí velký potenciál pro aplikace, kde jsou vyžadována silná a homogenní magnetická pole. Například při konvenčním zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) se k polarizaci jader vodíku ve tkáni používají silné supravodivé magnety. Ty jsou však technicky složité a nákladné, takže tato technologie je v mnoha částech světa jen těžko dostupná. Pro takové případy probíhá intenzivní výzkum zaměřený na vývoj alternativních metod generování homogenních magnetických polí pomocí permanentních magnetů.
Mezi další potenciální oblasti použití patří urychlovače částic a magnetické levitační systémy.
Ingo Rehberg et al, Analytic approach to creating homogeneous fields with finite-size magnets, Physical Review Applied (2025). DOI: 10.1103/9nnk-jytn. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2502.18262
Zdroj: Johannes Gutenberg University Mainz / Phys.org, přeloženo / zkráceno
