Thành công này đến từ Phòng thí nghiệm từ trường cao (CHMFL) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, sau gần bốn năm nghiên cứu và phát triển. Nhóm nghiên cứu đã không ngừng tinh chỉnh cấu trúc của nam châm và tối ưu hóa quy trình sản xuất để đạt được kỷ lục mới. Với nguồn điện 32,3 MW, nam châm này đã vượt qua mức 41,4 Tesla – kỷ lục trước đó do Phòng thí nghiệm từ trường cao quốc gia Mỹ (NHMFL) thiết lập vào năm 2017.
Nam châm điện trở được chế tạo từ dây kim loại cuộn và thường được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu khoa học. Mặc dù công nghệ này đã có từ lâu, nhưng nó vẫn giữ vai trò quan trọng nhờ khả năng tạo ra từ trường mạnh và ổn định trong thời gian dài. Năm 2022, CHMFL cũng đã từng đạt được thành công khi tạo ra nam châm lai mạnh nhất thế giới với từ trường 45,22 Tesla.
Tác động đối với nghiên cứu khoa học và vật lý
Kỷ lục mới của Trung Quốc không chỉ là một thành tựu kỹ thuật, mà còn mở ra cánh cửa cho nhiều khám phá khoa học. Joachim Wosnitza, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm từ trường cao Dresden (Đức), cho rằng thành công này sẽ tạo điều kiện phát triển các loại nam châm đáng tin cậy có khả năng duy trì từ trường mạnh hơn, giúp thúc đẩy sự tiến bộ trong vật lý.
Các nam châm có từ trường cao, như nam châm điện trở của CHMFL, được xem là công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu các tính chất ẩn của vật liệu tiên tiến. Đặc biệt, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu chất siêu dẫn, những vật liệu có khả năng truyền dẫn dòng điện mà không sinh nhiệt thải ở nhiệt độ thấp. Từ trường cao cũng cung cấp cơ hội để quan sát các hiện tượng vật lý mới, từ đó giúp hiểu rõ hơn về vật lý vật chất ngưng tụ.
Theo Alexander Eaton, nhà vật lý tại Đại học Cambridge, mỗi tesla bổ sung trong từ trường sẽ cải thiện độ chính xác của các phép đo khoa học, giúp phát hiện các hiện tượng vật lý tinh tế hơn và nâng cao độ phân giải trong các thí nghiệm.
Nam châm điện trở và những thách thức về năng lượng
Dù có nhiều ưu điểm trong việc tạo ra từ trường cao, nam châm điện trở vẫn đối diện với thách thức lớn về mức tiêu thụ năng lượng. Để duy trì từ trường 42,02 Tesla, nam châm của CHMFL cần 32,3 megawatt điện – một con số khổng lồ, đòi hỏi sự biện minh mạnh mẽ về lợi ích khoa học để sử dụng tài nguyên này. Sự tiêu thụ năng lượng đáng kể này là một điểm yếu của công nghệ nam châm điện trở, khiến chi phí vận hành rất tốn kém.
Trước vấn đề này, các nhà khoa học đang nghiên cứu phát triển các loại nam châm lai và nam châm siêu dẫn hoàn toàn mới, có khả năng tạo ra từ trường cao với mức tiêu thụ năng lượng ít hơn. Năm 2019, NHMFL đã chế tạo thành công một nam châm siêu dẫn nhỏ đạt 45,5 Tesla trong thời gian ngắn. Họ cũng đang nghiên cứu một phiên bản nam châm siêu dẫn lớn hơn với từ trường 40 Tesla. Trong khi đó, nhóm nghiên cứu tại CHMFL cũng đang phát triển nam châm hybrid với từ trường lên đến 55 Tesla.
Tương lai của nam châm siêu dẫn và hybrid
Các loại nam châm mới hơn, như nam châm siêu dẫn và nam châm hybrid, hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả vận hành tốt hơn so với nam châm điện trở. Chúng tiêu tốn ít năng lượng hơn và dự kiến sẽ giúp giảm chi phí vận hành. Tuy nhiên, các công nghệ này cũng phải đối mặt với những thách thức riêng, đặc biệt là chi phí xây dựng ban đầu rất cao và yêu cầu hệ thống làm mát phức tạp.
Trong tương lai, với sự tiến bộ của công nghệ, những nam châm mạnh mẽ hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn sẽ giúp các nhà khoa học tiến sâu hơn vào những khám phá vật lý mới, từ đó mang lại hiểu biết sâu rộng hơn về vũ trụ và các hiện tượng tự nhiên.
Thành tựu của Trung Quốc trong việc phá kỷ lục thế giới với từ trường mạnh 42,02 Tesla không chỉ là một bước tiến công nghệ lớn mà còn là tiền đề cho các nghiên cứu khoa học tương lai. Mặc dù việc tiêu thụ năng lượng cao vẫn là một thách thức, sự phát triển của các loại nam châm mới đang mở ra những cơ hội mới cho khoa học và vật lý, đưa chúng ta tiến gần hơn tới những khám phá lớn lao trong thế giới vật chất ngưng tụ và các lĩnh vực khác.
