強力な磁石は、科学や医療の分野で重宝します。

新たな論文によりますと、このたび科学者たちが、もっとも強い連続磁場の記録を破ることに成功したのだそうです。

前のモデルから超小型化に成功

実験を行なったのは、フロリダ州立大学にある、｢National High Magnetic Field Laboratory｣で、通称｢MagLab｣と呼ばれる国立高磁場研究所です。彼らはこれまで20年間、病院で使われるMRIの10倍ほどの強さになる、45テスラという磁束密度を生み出す、重さ35トンの世界最強の連続磁石を持っていました。

ですが彼らはこの度その記録を僅かに更新し、45.5テスラという記録を出したのでした。ただし、約9万倍も軽い390グラムの小型磁石で…。素人目では、0.5テスラの差は大したことなさそうですが、この記録更新は超伝導の原理に基づいた、より強力な磁石への道を開くことに繋がるのだそうです。

磁性というものは物質の特性であり、一般的には電荷の移動によって生成されます。科学者たちはソレノイドと呼ばれる電線を巻いたコイルを使い、電荷が通過するときにコイルを通過する磁場を発生させることによって、強い磁場を作り出しました。コイルを通る電流の密度を増加させることで、より強い磁場が発生するのです。

旧型はとても非エコだった

これまで20年ほどの間、45テスラは科学者が作り得る最大の直流磁場（方向の変わらない磁場）でした。この旧型磁石はMagLabの中心的存在で、電磁石から成るほかの部品で構成されています。その中には超伝導電磁石ニオブ・スズ合金（略してNb3Sn）で出来た、33.6テスラを生み出す、銅のコイルがあります。銅線は電流が通ると発熱しますが、それには一部の原子力潜水艦の最大出力を上回る、31メガワットもの電力を必要とします。さらにはその熱を冷ますため、何千リットルもの冷却水が要るのです。

新型｢リトル・ビッグ・コイル 3｣

トイレットペーパーのロール半分ほどの大きさだというこの新型磁石｢リトル・ビッグ・コイル 3｣は、フロリダA&M大学工学部の准教授で、MagLabの科学者でもあるSeungyong Hahn氏の下で組み立てられました。それは電磁石の中に超電導磁石があり、ニオブ・スズ合金の代わりに比較的高温で超伝導を実現する、｢REBCO｣（レアアース・バリウム・銅・酸化物）と呼ばれる｢銅酸化物｣超電導体の一種でコーティングされたテープを使用しています。そのテープは髪の毛ほどの幅で、きつく巻き付けることで電流密度の増加、つまり磁界強度が増加します。

研究チームはまた、電流を正常に流すのに役立つ絶縁体を排除しました。超伝導体が超伝導特性を失う（冷却を阻害する原因になる）可能性があるためです。nature誌に掲載された論文では、絶縁せずにおくと電流密度が増加し、より安全な冷却が可能になる、と書かれています。

使い途はいろいろ

MagLabいわく、小型磁石がこうした強力な磁場を作ることは、たとえば粒子検出器、医療用診断、生物医学研究、核融合炉の建造、新素材の性質の理解に役立つなど、一般的にまずは基礎科学の応用でもっとも有用となるといってます。ただし、この実験は概念実証の一貫であるため、新たに誕生した磁石は、科学者たちが継続して実験に使うための信頼が置けるツールにはまだなりえないそうです。

この研究の本当の意義は、この銅酸化物超伝導体を活用して、もっと強力な磁石を生み出すための、土台を作ることにあります。

まだまだ記録が更新されそう

MagLabの材料工学主任デイヴィッド・ラーバレスシャー氏は、米Gizmodoに対して｢磁石の科学者たちにとって、今はさらに強力な磁石の到来が訪れようとしている｣とコメントしてくれました。9万倍軽いのに同程度の磁界強度ともなれば、相当なポテンシャルを秘めているように感じますね。きっと近い内に、45.5テスラ以上の磁場が生み出されるのでしょう。