Национальная лаборатория сильных магнитных полей
 Национальная Маглаборатория ночью | |
| Учредил | 1 октября 1994 г. |
|---|---|
| Бюджет | 48,4 миллиона долларов |
| Директор | Кэтлин М. Амм |
| Адрес | 1800 Э. Поль Дирак Драйв Таллахасси, Флорида 32310 |
| Расположение | Таллахасси, Флорида |
| Кампус | Государственный университет Флориды |
| Псевдоним | Национальная МагЛаб |
| Принадлежности | Государственный университет Флориды, Университет Флориды, Национальная лаборатория Лос-Аламоса |
Операционное агентство | Государственный университет Флориды |
| Веб-сайт | Националмаглаб |
Национальная лаборатория сильных магнитных полей ( MagLab ) — учреждение в Университете штата Флорида , Университете Флориды и Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико, которое проводит исследования магнитных полей в физике , биологии , биоинженерии , химии , геохимии , биохимии . Это единственное подобное учреждение в США. [1] и входит в число двенадцати [2] высокомагнитные объекты по всему миру. Лаборатория поддерживается Национальным научным фондом и штатом Флорида и работает в сотрудничестве с частным бизнесом.
Лаборатории принадлежит несколько мировых рекордов по созданию самых сильных магнитов в мире, в том числе самое высокое магнитное поле в 45,5 Тесла . [3] В экспериментах по спектроскопии ядерного магнитного резонанса его последовательный гибридный (SCH) магнит массой 33 коротких тонны (29 длинных тонн; 30 тонн) побил рекорд во время серии испытаний, проведенных инженерами и учеными MagLab 15 ноября 2016 года, достигнув его полное поле составляет 36 Тесла. [4]
История
[ редактировать ]Предложение и награда
[ редактировать ]В 1989 году Государственный университет Флориды (БСС), Национальная лаборатория Лос-Аламоса и Университет Флориды представили Национальному научному фонду (NSF) предложение о создании новой национальной лаборатории, поддерживающей междисциплинарные исследования в сильных магнитных полях. В плане предлагалось партнерство между федеральным и штатом, обслуживающее исследования, связанные с магнитами, научно-техническое образование и партнерскую промышленность. Целью было сохранить конкурентоспособную позицию США в исследованиях и разработках, связанных с магнитами. После конкурса рецензий NSF одобрил предложение консорциума под руководством бывшего СССР.
Конкурирующее предложение MIT
[ редактировать ]В конкурирующем предложении, поданном NSF, Массачусетский технологический институт (MIT) вместе с Университетом Айовы , Университетом Висконсин-Мэдисон , Брукхейвенской национальной лабораторией и Аргоннской национальной лабораторией предложили усовершенствовать 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» свое решение. [5] Учитывая, что на долю гранта NSF поставлено 60 миллионов долларов, Массачусетский технологический институт заявил, что постепенно закроет лабораторию Фрэнсиса Биттера, если она потеряет свою привлекательность, что станет первым в своем роде в истории NSF. Запрос был отклонен 18 сентября 1990 года. [6]
Ранние годы
[ редактировать ]Первые годы существования лаборатории были потрачены на создание инфраструктуры, строительство объекта и набор преподавателей. Комплекс Таллахасси был открыт 1 октября 1994 года перед большой толпой, с основным докладчиком вице-президентом Элом Гором .
Миссия
[ редактировать ]Миссия лаборатории, сформулированная NSF, заключается в следующем: «Предоставлять самые сильные магнитные поля и необходимые услуги для научных исследований, проводимых пользователями из широкого спектра дисциплин, включая физику, химию, материаловедение, инженерию, биологию и геологию. "
Лаборатория преследует четыре цели:
- Развивать пользовательские возможности и услуги для исследований, связанных с магнитами, открытые для всех квалифицированных ученых и инженеров.
- Передовые магнитные технологии в сотрудничестве с промышленностью
- Содействие созданию междисциплинарной исследовательской среды и управление собственной исследовательской программой, которая использует и развивает имеющиеся возможности.
- Разработать образовательную программу
Образование и работа с общественностью
[ редактировать ]Национальная MagLab продвигает естественнонаучное образование и поддерживает преподавателей естественных наук, техники и естественных наук через свой Центр интеграции исследований и обучения. Программы включают наставничество в междисциплинарной среде обучения. Через Академию Магнит, [7] На веб-сайте лаборатории представлен образовательный контент по электричеству и магнетизму.
Национальная MagLab также проводит ежемесячные туры, открытые для публики, и ежегодно проводит день открытых дверей, который посещают около 10 000 человек. Местным школам также доступны специальные экскурсии и информационно-пропагандистские возможности. В интервью Skepticality доктор Скотт Ханнас сказал: «Если вы придете в третью субботу февраля, я думаю, у нас будет день открытых дверей, и у нас есть катушки Теслы, выбрасывающие искры, и мы плавим камни в группе геохимии и измеряем скорость. звука, у нас есть лазеры и картофельные пусковые установки, и у нас просто есть всякие штуки, демонстрирующие небольшие научные принципы и тому подобное. Мы собираемся вместе, и к нам приходит около 5000 человек, чтобы осмотреть физическую лабораторию, а это довольно удивительная группа людей. ." [8]
Программы
[ редактировать ]
Программы Университета штата Флорида
[ редактировать ]Лаборатория Таллахасси в Университете штата Флорида занимает площадь 370 000 кв. футов (34 000 м²). 2 ) комплекс и насчитывает около 300 преподавателей , сотрудников, аспирантов и докторантов . Ее директор — физик Грегори Скотт Бебингер . Его главный научный сотрудник — Лора Грин .
Полевая программа постоянного тока
[ редактировать ]Объект содержит 14 резистивных магнитных ячеек, подключенных к источнику питания постоянного тока мощностью 48 мегаватт, и занимает площадь 15 000 квадратных футов (1 400 м²). 2 ) охлаждающего оборудования для отвода тепла, выделяемого магнитами. На объекте размещено несколько магнитов, в том числе гибридный магнит на 45 Тесла , который сочетает в себе резистивные и сверхпроводящие магниты. Лабораторный резистивный магнит 41,4 Тесла является самым сильным резистивным магнитом постоянного тока (постоянного поля) в мире. [9] а магнит Кека на 25 Тесла имеет самую высокую однородность среди всех резистивных магнитов. [10]
ЯМР-спектроскопия и визуализация
[ редактировать ]Эта программа обслуживает широкую базу пользователей в области ЯМР- спектроскопии растворов и твердого тела , а также МРТ и диффузионных измерений при высокой напряженности магнитного поля. Лаборатория разрабатывает технологии, методологии и приложения в сильных магнитных полях как собственными, так и внешними пользователями. Магнит ЯМР собственного производства с частотой 900 МГц (21,1 Тесла) имеет сверхширокое отверстие диаметром 105 мм (около 4 дюймов). Этот сверхпроводящий магнит имеет самое высокое поле для МРТ-исследования живых животных. [11]
Ионный циклотронный резонанс
[ редактировать ]Программа масс-спектрометрии с ионно-циклотронным резонансом с преобразованием Фурье участвует в разработке приборов и методов, а также в применении масс-спектрометрии FT-ICR. Под руководством директора Алана Дж. Маршалла программа постоянно разрабатывает методы, инструменты и приложения масс-спектрометрии FT-ICR. В программе есть несколько инструментов, в том числе система мощностью 14,5 Тесла и диаметром цилиндра 104 мм.
Электронный магнитный резонанс
[ редактировать ]Наиболее распространенной формой ЭМИ является электронный парамагнитный/спиновый резонанс (ЭПР/ЭПР). В экспериментах по ЭПР наблюдаются переходы между mS-подуровнями электронного спинового состояния S, расщепляемыми приложенным магнитным полем, а также взаимодействиями тонкой структуры и электрон-ядерными сверхтонкими взаимодействиями. Этот метод находит применение в химии, биохимии, биологии, физике и исследованиях материалов.
Магнитная наука и техника
[ редактировать ]Подразделению магнитной науки и технологий поручено развивать технологии и опыт в области магнитных систем. Эти магнитные проекты включают в себя создание передовых магнитных систем для площадок в Таллахасси и Лос-Аламосе, работу с промышленностью над разработкой технологии для улучшения возможностей производства магнитов с сильными полями, а также совершенствование магнитных систем с сильными полями посредством исследований и разработок.
Также в штаб-квартире лаборатории бывшего СССР Центр прикладной сверхпроводимости развивает науку и технологию сверхпроводимости как для низкотемпературных материалов на основе ниобия, так и для высокотемпературных материалов на основе купрата или MgB 2 . ASC занимается сверхпроводниками для магнитов для термоядерного синтеза, физики высоких энергий, МРТ, а также линий электропередачи и трансформаторов.
Внутренние исследования
[ редактировать ]В собственной исследовательской программе используются возможности MagLab для проведения высокотехнологичных исследований в области науки и техники, а также для развития пользовательских программ лаборатории за счет разработки новых методов и оборудования.
Группа конденсированных веществ
[ редактировать ]Ученые группы конденсированного состояния концентрируются на различных аспектах физики конденсированного состояния , включая исследования и эксперименты, связанные с магнетизмом, квантовым эффектом Холла , квантовыми осцилляциями, высокотемпературной сверхпроводимостью и тяжелыми фермионными системами.
Программа геохимии
[ редактировать ]Программа геохимических исследований сосредоточена на использовании микроэлементов и изотопов для понимания процессов и окружающей среды на Земле. Область научных интересов варьируется от химической эволюции Земли и Солнечной системы во времени до проблем местного масштаба, связанных с источниками и транспортировкой экологически значимых веществ. Исследования, проводимые отделом геохимии, касаются вопросов земных и внеземных цивилизаций и включают в себя наземные и морские экспедиции, полеты космических аппаратов. Совместно с кафедрами химии и океанографии бывшего СССР факультет геохимии начал программу «Биогеохимическая динамика».
Другие программы
[ редактировать ]Другие программы включают криогенику, оптическую микроскопию, квантовые материалы и резонансную ультразвуковую спектроскопию.
В лаборатории также есть группа по исследованию материалов, которая исследует новые способы изготовления высокопрочных магнитных материалов с использованием более распространенных и дешевых элементов. [8]
Установка импульсного поля Лос-Аламосской национальной лаборатории
[ редактировать ]В Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико находится Центр импульсного поля, который предоставляет исследователям экспериментальные возможности для широкого спектра измерений в неразрушающих импульсных полях до 101 Тесла (75 Тл в настоящее время и 101 Тл в ремонте). Магниты импульсного поля создают сильные магнитные поля, но только на доли секунды. Лаборатория расположена в центре Лос-Аламоса. В 1999–2000 годах объект был переведен в новый, специально спроектированный экспериментальный зал, чтобы лучше разместить операции и поддержку пользователей. Эта программа является первым и единственным пользовательским центром высокоимпульсных полей в Соединенных Штатах.
Установка предоставляет широкий спектр экспериментальных возможностей до 100 Тесла с использованием магнитов с короткими и длинными импульсами. Электроэнергия поступает от импульсной энергетической инфраструктуры, которая включает в себя двигатель-генератор мощностью 1,43 гигаватта и пять источников питания по 64 мегаватта. Двигатель-генератор массой 1200 тонн установлен на инерционном блоке массой 4800 коротких тонн (4350 т), который опирается на 60 пружин для минимизации сотрясений земли и является центральным элементом Лаборатории импульсного поля.
В состав магнитов объекта входит длинноимпульсный магнит на 60 Тесла (в ремонте), который является самым мощным в мире магнитом с управляемыми импульсами.
Университет Флориды
[ редактировать ]Университет Флориды является домом для пользовательских центров магнитно-резонансной томографии или (МРТ) со сверхнизкой температурой и сверхтихой средой для экспериментальных исследований в установке High B / T (высокое магнитное поле / низкая температура). Также имеется оборудование для изготовления и определения характеристик наноструктур в новом исследовательском центре наноразмеров, работающем совместно с Главным аналитическим и приборостроительным центром университета.
Высокое оборудование B/T
[ редактировать ]Установка High B/T является частью лаборатории Микрокельвина физического факультета и проводит эксперименты в сильных магнитных полях до 15,2 Тесла и при температурах до 0,4 мК одновременно для изучения намагниченности, термодинамических величин, транспортных измерений, магнитного резонанса, вязкость, диффузия и давление.
Установке принадлежат мировые рекорды по высокому B/T в отсеке 1 для краткосрочных экспериментов в слабых полях и мировые рекорды для длительных (> 1 недели) экспериментов в сильных полях. [12] Исследовательская группа является мировым лидером в коллективных исследованиях квантовых жидкостей и твердых тел с точки зрения широты и низкотемпературных методов (термометрия, ЯМР, ультразвук, теплоемкость, охлаждение образцов).
Передовая магнитно-резонансная томография и спектроскопия
[ редактировать ]Программа усовершенствованной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии включает в себя оборудование для программы ЯМР и МРТ Mag Lab, которое дополняет оборудование в штаб-квартире лаборатории в Таллахасси. Программа находится в Институте мозга Макнайта при Университете Флориды. Их инструменты включают магнит ЯМР 600 МГц с тройным резонансом диаметром 1,5 мм, высокотемпературный сверхпроводящий зонд, который обеспечивает самую высокую массовую чувствительность, оптимизированную для 13C, среди всех зондов в мире. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Исследовательская инфраструктура, поддерживаемая Национальным научным фондом» (PDF) . Национальный научный фонд. п. 66.
- ^ Совет национальных исследований (17 января 2005 г.). Возможности в области науки о сильных магнитных полях . ISBN 978-0-309-09582-2 .
- ^ «Мировые рекорды – МагЛаб» . Национальная лаборатория сильных магнитных полей . Проверено 1 апреля 2023 г.
- ^ «National MagLab установила новый мировой рекорд с гибридным магнитом» . Физ.Орг, 10 ноября 2016 г.
- ^ «MIT просит Национальный научный совет пересмотреть голосование по магнитной лаборатории» . MIT Tech Talk (пресс-релиз). Пресс-служба Массачусетского технологического института. Архивировано из оригинала 11 марта 2005 года.
- ^ Мехта, Прабхат (18 сентября 1990 г.). «NSB отклоняет магнитную апелляцию MIT» . Технология (онлайн-издание) . Проверено 26 августа 2009 г.
- ^ Магнитная Академия
- ^ Jump up to: а б Дерек Коландуно (13 декабря 2011 г.). «Магнитная сила» (Подкаст). Скептик . Проверено 5 декабря 2014 г.
- ^ «MagLab восстанавливает рекорд самого сильного резистивного магнита» . NationalMagLab.org. 22 августа 2017 г. Проверено 3 марта 2020 г.
- ^ «Самый сильный магнит в мире» . NationalMagLab.org . Проверено 15 августа 2018 г.
- ^ «Знакомьтесь, магнит ЯМР 900 МГц — MagLab» . Nationalmaglab.org . Проверено 4 августа 2021 г.
- ^ «Мировые рекорды – МагЛаб» . Nationalmaglab.org . Проверено 4 августа 2021 г.
- ^ «Годовой отчет за 2019 год» (PDF) . Национальная МагЛаб .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Национальная лаборатория сильных магнитных полей , Университет штата Флорида
- Установка импульсного поля , Национальная лаборатория Лос-Аламоса
- Центр High B/T , Университет Флориды
- Ядерный магнитный резонанс и магнитно-резонансная томография / спектроскопия. Центр усовершенствованной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии], Центр ЯМР-МРТ/С в штаб-квартире MagLab недалеко от Университета штата Флорида в Таллахасси и Центр усовершенствованной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии (AMRIS) в Университете штата Калифорния. Флорида в Гейнсвилле.
30 ° 25'31 "N 84 ° 19'15" W / 30,425215 ° N 84,320915 ° W