Национальная лаборатория сильного магнитного поля - National High Magnetic Field Laboratory

Национальная лаборатория сильного магнитного поля

Учредил	1 октября 1994 г. (1994-10-01)
Бюджет	48,4 млн. Долл. США
Директор	Грегори С. Бобингер
Место расположения	Таллахасси, Флорида
Кампус	Университет штата Флорида
Принадлежности	Университет штата Флорида, Университет Флориды, Национальная лаборатория Лос-Аламоса
Операционное агентство	Университет штата Флорида
Интернет сайт	NationalMagLab.org

В Национальная лаборатория сильного магнитного поля (MagLab) - объект на Университет штата Флорида, то Университет Флориды, и Лос-Аламосская национальная лаборатория в Нью-Мексико, который выполняет магнитное поле исследования в физика, биология, биоинженерия, химия, геохимия, биохимия. Это единственный такой объект в США,^[1] и среди девяти^{[нужна цитата ]} Мировой. Лаборатория поддерживается Национальный фонд науки и состояние Флорида, и работает в сотрудничестве с частным сектором.

В настоящее время лаборатория является мировым рекордсменом по обладанию сильнейшим магнитом в мире для спектроскопия ядерного магнитного резонанса эксперименты. 33-тонный последовательно соединенный гибридный магнит (SCH) побил рекорд во время серии испытаний, проведенных инженерами и учеными MagLab. Инструмент достиг максимальной отметки в 36 тесла 15 ноября 2016 года.^[2]

История

Предложение и награда

В 1989 г. Государственный университет Флориды (БСС), Национальная лаборатория Лос-Аламоса и Университет Флориды представили предложение в Национальный фонд науки (NSF) для нового национальная лаборатория поддерживающий междисциплинарный исследования в сильных магнитных полях. План предлагал федеральный -государственный партнерство, обслуживающее исследования, связанные с магнитами, образование в области науки и технологий, а также партнерство в отрасли. Цель состояла в том, чтобы сохранить конкурентоспособные позиции США в исследованиях и разработках, связанных с магнитами. После проведения независимого рецензирования NSF одобрил предложение консорциума под руководством бывшего Советского Союза.

Конкурирующее предложение MIT

В конкурирующем предложении NSF Массачусетский Институт Технологий (MIT), с Университет Айовы, то Университет Висконсина-Мэдисона, Брукхейвенская национальная лаборатория, и Аргоннская национальная лаборатория, предложил улучшить существующие мирового класса Магнитная лаборатория Фрэнсиса Биттера в Массачусетском технологическом институте. 5 сентября 1990 г. исследователи Массачусетского технологического института опросили 21 члена Национальный научный совет (NSB), чтобы «пересмотреть и пересмотреть» свое решение.^[3] Учитывая, что на кону гранта NSF было поставлено 60 миллионов долларов, MIT заявил, что откажется от использования лаборатории Francis Bitter Lab, если она потеряет свою привлекательность, что стало первым в истории NSF. Запрос был отклонен 18 сентября 1990 г.^[4]

Ранние годы

Первые годы лаборатории были потрачены на создание инфраструктуры, строительство объекта и набор преподавателей. Комплекс Таллахасси был посвящен 1 октября 1994 года большой толпе с основным докладчиком, вице-президентом. Альберт Гор.

Миссия

Миссия лаборатории, сформулированная NSF, заключается в следующем: «Обеспечивать самые высокие магнитные поля и необходимые услуги для научных исследований, проводимых пользователями из широкого спектра дисциплин, включая физику, химию, материаловедение, инженерию, биологию и геологию. "

Лаборатория ориентирована на четыре цели:

• Развитие пользовательских средств и услуг для исследований, связанных с магнитами, открытых для всех квалифицированных ученых и инженеров.
• Передовая магнитная технология в сотрудничестве с промышленностью
• Содействовать созданию междисциплинарной исследовательской среды и администрировать собственную исследовательскую программу, которая использует и развивает возможности
• Разработайте образовательную информационную программу

Образование и работа с общественностью

Национальный MagLab продвигает научное образование и поддерживает учителей естественных наук, инженерии и естествознания через Центр интеграции исследований и обучения. Программы включают наставничество в междисциплинарной учебной среде. Через Магнитную Академию,^[5] Веб-сайт лаборатории предоставляет образовательные материалы по электричеству и магнетизму.

Национальная MagLab также проводит ежемесячные туры, открытые для публики, и ежегодно проводит день открытых дверей, на котором присутствуют около 5000 человек. В местных школах также доступны специальные туры и информационные программы. В интервью на Скептицизм Доктор Скотт Ханнас сказал: «Если вы зайдете в третью субботу февраля, я думаю, у нас будет день открытых дверей, и у нас есть катушки Тесла, стреляющие искрами, и мы плавим камни в группе геохимии, и мы измеряем скорость звука, и у нас есть лазеры и пусковые установки для картофеля, и у нас есть всякие вещи, демонстрирующие небольшие научные принципы и прочее. Мы собираемся вместе, и у нас появляется около 5000 человек, чтобы приехать и совершить поездку по физической лаборатории, а это довольно удивительная группа людей ».^[6]

Программ

Схема гибридного магнита 45 Тесла

Программы Университета штата Флорида

В Таллахасси лаборатория в Университете штата Флорида занимает комплекс площадью 34 374 квадратных метра (370000 квадратных футов) и насчитывает около 300 факультет, сотрудники, выпускник, и постдокторский студенты. Директор - физик. Грегори Скотт Бобингер. Его главный научный сотрудник Лаура Грин.

Полевая программа постоянного тока

Объект содержит 14 резистивных магнитных ячеек, подключенных к источнику постоянного тока мощностью 48 мегаватт, и площадь 15000 квадратных футов (1400 м²) охлаждающего оборудования для отвода тепла, выделяемого магнитами. В объекте находится несколько магнитов, в том числе 45 Тесла гибридный магнит, сочетающий в себе резистивные и сверхпроводящие магниты. Лабораторный резистивный магнит 41,4 Тесла является самым сильным резистивным магнитом постоянного тока (непрерывного поля) в мире.^[7] а магнит Кека 25 Тесла имеет самую высокую однородность из всех резистивных магнитов.^[8]

ЯМР-спектроскопия и визуализация

Эта программа обслуживает широкий круг пользователей в области ЯМР в растворах и в твердом состоянии спектроскопия и МРТ и измерения диффузии при высокой напряженности магнитного поля. Лаборатория разрабатывает технологии, методологию и приложения в сильных магнитных полях как внутри компании, так и за ее пределами. Магнит для ЯМР 900 МГц (21,1 Тесла) собственного производства имеет сверхширокое отверстие диаметром 105 мм (около 4 дюймов). Этот сверхпроводящий магнит имеет самое высокое поле для МРТ-исследования живых животных.^{[нужна цитата ]}

Ионный циклотронный резонанс

В Ионный циклотронный резонанс с преобразованием Фурье Программа масс-спектрометрии участвует в разработке инструментов и методик, а также в области применения масс-спектрометрии FT-ICR. Под руководством директора Алан Дж. Маршалл, программа постоянно развивает методы, инструменты и приложения масс-спектрометрии FT-ICR. В программе есть несколько инструментов, в том числе 14,5 тесла, диаметр ствола 104 мм.

Электронный магнитный резонанс

Наиболее распространенной формой ЭМИ является электронный парамагнитный / спиновой резонанс (ЭПР / ЭПР). В экспериментах по ЭПР наблюдаются переходы между подуровнями mS электронного спинового состояния S, которые расщепляются приложенным магнитным полем, а также взаимодействиями тонкой структуры и электронно-ядерными сверхтонкими взаимодействиями. Этот метод находит применение в химии, биохимии, биологии, физике и исследованиях материалов.

Магнитная наука и техника

Подразделение магнитных наук и технологий отвечает за разработку технологий и экспертных знаний для магнитных систем. Эти магнитные проекты включают в себя создание передовых магнитных систем для предприятий в Таллахасси и Лос-Аламос, сотрудничество с промышленностью в разработке технологии для улучшения возможностей производства сильнопольных магнитов и улучшение сильнопольных магнитных систем посредством исследований и разработок.

Также в штаб-квартире лаборатории в бывшем Советском Союзе Центр прикладной сверхпроводимости продвигает науку и технологии сверхпроводимости как для низкотемпературного ниобия, так и для высокотемпературного купрата или MgB.₂материалы на основе. ASC занимается разработкой сверхпроводников для магнитов для термоядерного синтеза, физики высоких энергий, МРТ, а также линий электропередачи и трансформаторов.

Внутренние исследования

Внутренняя исследовательская программа использует возможности MagLab для проведения высокопрофессиональных исследований в области науки и техники, а также для развития пользовательских программ лаборатории за счет разработки новых методов и оборудования.

Группа конденсированных сред

Ученые из группы конденсированных сред концентрируются на различных аспектах физика конденсированного состояния, включая исследования и эксперименты с магнетизмом, квантовый эффект холла, квантовые колебания, высокотемпературная сверхпроводимость, и систем с тяжелыми фермионами.

Программа по геохимии

Программа геохимических исследований сосредоточена на использовании микроэлементы и изотопы чтобы понять земные процессы и окружающую среду. Область научных интересов - химическая эволюция Земли и Солнечная система через время до местного масштаба проблемы с источниками и переносом экологически значимых веществ. Исследования, проводимые отделением геохимии концерна земной и внеземной вопросы и вовлекать наземные и морские экспедиции и полеты космических кораблей. Вместе с отделениями химии и океанографии бывшего СССР компания Geochemistry начала программу по биогеохимической динамике.

Другие программы

Другие программы включают криогенику, оптическую микроскопию, квантовые материалы и резонансную ультразвуковую спектроскопию.

В лаборатории также есть группа исследователей материалов, которая исследует новые способы изготовления высокопрочных магнитных материалов с использованием более распространенных и дешевых элементов.^[6]

Установка импульсного поля Лос-Аламосской национальной лаборатории

Лос-Аламосская национальная лаборатория в Нью-Мексико размещает установку импульсного поля, которая предоставляет исследователям экспериментальные возможности для широкого диапазона измерений в неразрушающих импульсных полях до 60 Тл. Магниты с импульсным полем создают сильные магнитные поля, но только в течение долей секунды. Многозарядный магнит на 100 Тесла строится совместно Департамент энергетики и Национальный научный фонд. Лаборатория расположена в центре Лос-Аламоса. В 1999-2000 годах объект был переведен в новый, специально спроектированный Экспериментальный зал, чтобы лучше приспособиться к работе и поддержке пользователей. Программа является первой и единственной пользовательской установкой с сильным импульсным полем в Соединенных Штатах.

Установка обеспечивает широкий спектр экспериментальных возможностей до 60 Тесла с использованием коротких и длинных импульсных магнитов. Питание поступает от инфраструктуры импульсного питания, которая включает 1,43 гигаватт мотор-генератор и пять блоков питания мощностью 64 МВт. Мотор-генератор на 1200 тонн установлен на инерционном блоке массой 4800 тонн (4350 тонн), который опирается на 60 пружин для минимизации подземных толчков и является центральным элементом Лаборатории импульсного поля.

Магниты установки включают длинноимпульсный магнит 60 Тесла, который является самым мощным магнитом с управляемыми импульсами в мире.

Программы Университета Флориды

Университет Флориды является домом для пользователей оборудования для магнитно-резонансной томографии или (МРТ) со сверхнизкотемпературной и сверхтихой средой для экспериментальных исследований в Центре High B / T (сильное магнитное поле / низкая температура). Услуги также доступны для изготовление и характеристика наноструктуры в новом наноразмерном исследовательском центре, работающем совместно с главным аналитическим и приборным центром университета.

Высокий B / T объект

Установка High B / T является частью Лаборатории Микрокельвина физического отдела и проводит эксперименты в сильных магнитных полях до 15,2 Тесла и при температурах до 0,4 мК одновременно для исследования намагниченности, термодинамических величин, транспортных измерений, магнитного резонанса и т. Д. вязкость, диффузия и давление.

Установка удерживает мировые рекорды по высокому коэффициенту B / T в заливе 1 для краткосрочных возможностей в слабом поле и мировые рекорды для длительных (> 1 недели) экспериментов в высоком поле.^{[нужна цитата ]} Исследовательская группа является мировым лидером в коллективных исследованиях квантовых жидкостей и твердых тел с точки зрения широкого спектра и низкотемпературных методов (термометрия, ЯМР, ультразвук, теплоемкость, охлаждение образца).

Расширенная магнитно-резонансная томография и спектроскопия

Программа расширенной магнитно-резонансной томографии и спектроскопии включает средства для программы ЯМР Mag Lab, которые дополняют возможности штаб-квартиры лаборатории в Таллахасси. Программа находится в Институте мозга Макнайта при Университете Флориды. Их инструменты включают в себя магнит ЯМР 600 МГц с высокотемпературным сверхпроводящим датчиком с тройным резонансом 1 мм, который обеспечивает самую высокую массовую чувствительность среди всех датчиков на любой частоте в мире.^{[нужна цитата ]}

Рекомендации

внешняя ссылка

• Национальная лаборатория сильного магнитного поля, Университет штата Флорида
• Импульсное поле, Лос-Аламосская национальная лаборатория
• Высокий B / T объект, 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 Флориды в Гейнсвилле.

Координаты: 30 ° 25′31 ″ с.ш. 84 ° 19′15 ″ з.д. / 30,425215 ° с. Ш. 84,320915 ° з.д. / 30.425215; -84.320915