China stellt mit stärkstem supraleitendem Magneten neuen Rekord auf

Ein neuer supraleitender Magnet aus China bricht mit 35,6 Tesla den Welt­rekord für dauerhafte Feldstärken. Das System übertrifft herkömmliche MRTs um das Vielfache und arbeitet dabei wesentlich energieeffizienter als bisherige Hybridmodelle.

Rekord: 35,6 Tesla in Peking erreicht

Forschern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) ist es gelungen, einen neuen Weltrekord im Bereich der Hochfeld-Magnetforschung aufzustellen. In der Synergetic Extreme Condition User Facility (SECUF) in Peking erreichte ein vollständig supraleitender Magnet eine zentrale Feldstärke von 35,6 Tesla. Das System übertrifft damit herkömmliche Magnetresonanztomografen (MRT), wie sie in Krankenhäusern verwendet werden, um das Zwölf- bis 24-Fache. Im Vergleich zum natürlichen Erdmagnetfeld ist die erzeugte Kraft sogar mehr als 700.000-mal stärker.

Das Besondere an dieser Entwicklung ist nicht nur die reine Feldstärke, sondern die Konstruktion als sogenannter Nutzermagnet. Mit einer Bohrung von 35 Millimetern bietet das Gerät Platz für diverse experimentelle Aufbauten. Ein entscheidender Vorteil gegenüber sogenannten Hybridmagneten liegt in der Energieeffizienz. Während Hybridmodelle für Spitzenwerte von über 45 Tesla oft 20 bis 30 Megawatt Strom verbrauchen und tausende Liter Kühlwasser pro Minute benötigen, nutzt dieses System ausschließlich supraleitende Spulen. Das ermöglicht einen Betrieb ohne elektrischen Widerstand und mit drastisch reduziertem Energieaufwand, sobald die kryogenen Betriebstemperaturen erreicht sind.

Stabilität für komplexe Messungen

Wie die Global Times unter Berufung auf Luo Jianlin vom Institut für Physik der CAS berichtet, zeichne sich das System durch eine hohe Stabilität und Feldhomogenität aus. Es sei in der Lage, das maximale Magnetfeld für mehr als 200 Stunden stabil aufrechtzuerhalten. Luo erklärte, dass diese Eigenschaft in Kombination mit extremen experimentellen Bedingungen wie Ultra-Tieftemperaturen weitreichende Messungen ermögliche. Das beinhaltet empfindliche Verfahren wie die Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR), die bei den starken Vibrationen und dem elektrischen Rauschen herkömmlicher Hybridmagneten oft nur schwer durchführbar sind.

Die Entwicklung des Magneten erfolgte in einer Kooperation zwischen dem Institut für Elektrotechnik und dem Institut für Physik der CAS. Während das eine Team für Design und Fertigung zuständig war, kümmerte sich das andere um die Überwachungssysteme. Bereits im Jahr 2023 hatte das Team eine Feldstärke von 30 Tesla erreicht. Durch Verbesserungen an den Materialien und der Struktur konnte der Wert nun auf 35,6 Tesla gesteigert werden, ohne den Durchmesser der Zugangsöffnung für Proben zu verringern. Das Erreichen solch hoher Flussdichten mit reinen Supraleitern gilt als technisch anspruchsvoll, da die Materialien unter den enormen Lorentzkräften mechanisch extrem belastet werden.

Der neue Magnet ist Teil einer umfassenden Forschungsinfrastruktur in der Huairou Science City, die im Februar 2025 die nationale Abnahme passierte. Wie Interesting Engineering hervorhebt, soll die Anlage internationalen Wissenschaftlern dabei helfen, die mikroskopische Welt der Materie tiefer zu erforschen. Starke Magnetfelder gelten als wichtiges Werkzeug, um das Verhalten von Hochtemperatur-Supraleitern und Quantenmaterialien besser zu verstehen. Zudem spielen sie eine wichtige Rolle bei der präzisen Analyse biomolekularer Strukturen.

Trotz der Vorteile stellen solche Systeme die Ingenieure vor große Herausforderungen. Die Fertigung erfordert höchste Präzision, da bereits minimale Abweichungen in der Spulenwicklung oder Inhomogenitäten im Material die Leistung beeinträchtigen könnten. Ein kritisches Szenario ist der sogenannte Quench, bei dem der Magnet schlagartig seine supraleitenden Eigenschaften verliert und die gespeicherte Energie in Form von Hitze freisetzt. Das nun in Betrieb genommene System soll künftig auch die Entwicklung medizinischer Technologien unterstützen, etwa im Bereich der magnetisch gesteuerten Therapie.


Siehe auch: