HFML in het Nederlands

Bij ons vind je hele sterke magneten. Je kunt ze nergens kopen; onze technici ontwerpen en bouwen ze zelf. Wetenschappers gebruiken de magneten om eigenschappen van (nieuwe) materialen te onderzoeken.  Omdat onze magneten uniek zijn, komen wetenschappers van over heel de wereld naar Nijmegen om onderzoek bij het HFML te doen. Een groot voordeel van onderzoek met magneetvelden is dat je in materialen kunt kijken zonder ze te beschadigen.

38 Tesla

De sterkte van een magneet druk je uit in Tesla. Een koelkastmagneet is ongeveer 0,005 Tesla, een MRI-scanner in het ziekenhuis heeft meestal een magneet met een sterkte van 1,5 tot 3 Tesla.  Wij hebben 5 magneten staan, met een veldsterkte van 30 tot 38 Tesla. En er wordt hard gewerkt aan een speciale magneet van 45 Tesla .

Electromagneten

De magneten die wij hebben werken alleen als er stroom doorheen loopt. Het zijn elektromagneten. Je kunt een elektromagneet zelf maken met een spoel: een heleboel windingen van meestal koperdraad, op een spoelvorm (meestal van kunststof). Als je een stroom door de spoel laat lopen wordt de spoel magnetisch.

Onderzoek

De extreme omstandigheden in een magneet kunnen verrassende eigenschappen  aan het licht brengen. Een paar voorbeelden van HFML-onderzoek zijn:

Supergeleiding

In een sterk magneetveld kunnen heel dunne plaatjes metaal (bij voldoende koeling) supergeleidend worden. De stroom loopt er dan zonder enige weestand doorheen. Dit is interessant voor nieuwe types sensoren en elektronica. HFML-onderzoekers kijken welke materialen supergeleidend kunnen worden en hoe ze de eigenschappen van die materialen kunnen beïnvloeden.

Moleculen uitlijnen

Magneetvelden kunnen moleculen ordenen. Lange moleculen die als spaghetti door elkaar kronkelen gaan in een magneetveld bijvoorbeeld netjes naast elkaar liggen. HFML-onderzoekers meten hoe de moleculen gerangschikt zijn en wat dit voor gevolgen heeft voor materiaaleigenschappen, zoals geleiding.

Chiraliteit

Van veel biologische moleculen bestaan twee (chirale) vormen, die elkaars spiegelbeeld zijn. Toch komt in veel vormen van leven alleen de ‘linksdraaiende' spiegelvariant voor. Waarom blijven de ‘rechtsdraaiende' moleculen ongebruikt? Onderzoekers van het HFML hebben ontdekt dat magneetvelden daarbij een rol kunnen hebben gespeeld. Dit inzicht is ook van belang voor medicijnfabrikanten, omdat die vaak alleen ‘linksdraaiende' moleculen willen produceren.

Magneetvelden maken met platen


magneetspoel
Als je een hele sterke magneet wil maken dan werkt een spoel niet. Je hebt namelijk heel veel stroom nodig om een sterk veld te maken. De koperdraden worden dan heel heet. Zo heet dat de draden smelten.

Daarom wekken wij magneetvelden op met grote elektromagnetische spoelen, die zijn opgebouwd uit honderden ronde koperen platen en isolatieplaten. Zodra er stroom door een spoel gestuurd wordt, ontstaat er een magneetveld. Hoe meer stroom, hoe sterker het veld. Middenin de spoel is het magneetveld het sterkst; dit is de plek waar de experimenten door onze wetenschappers worden uitgevoerd.

Koelen

Tijdens het gebruik van de magneet warmen de koperen platen razendsnel op. Als je niets doet smelten ze. Daar hebben we iets op bedacht. Elke plaat heeft gaatjes. Daar persen we constant koud water doorheen, wel 140 liter per seconde. Zo koelen we de magneet. Doen we dat niet, dan warmen de platen supersnel op: binnen één seconde 1000 graden. In de tijd dat het water door de magneet stroomt (eenhonderdste seconde) warmt het water 30 graden op. Deze warmte wordt weer nuttig gebruikt als verwarming voor het Huygensgebouw aan de overkant. de rest koelen we zelf verder af met warmtewisselaars, koelmachines en koeltorens, zodat het klaar is voor hergebruik. Bij het HFML staan grote tanks onder de grond met water, in totaal vier miljoen liter. Zodra dit water is opgewarmd door de magneten moet dit weer afgekoeld worden

Stabiele stroom

Zodra er stroom door een spoel gestuurd wordt, ontstaat er een magneetveld. Hoe meer stroom, hoe sterker het veld. Het hoogste magneetveld gebruikt 22 megawatt. Dat is 22 miljoen watt, evenveel als vier hogesnelheidstreinen op topsnelheid. Om dat aan te kunnen heeft het HFML een eigen aansluiting op het elektriciteitsnet. De onderzoekers drukken de kosten door hun experimenten vooral 's nachts uit te voeren. Gelukkig is het gemiddelde energieverbruik veel lager dan 22 megawatt. Het allerhoogste veld staat per meting maar een paar minuten aan en is niet voor elk experiment nodig.

2stroomkabels

Vuistdikke koperen kabels transporteren de stroom van de voeding naar de magneet. De stroomtoevoer naar de magneten is heel stabiel: de 40.000 ampère die door de magneet loopt, mag maar met eenduizendste procent (0,4 ampère) variëren. Dit is noodzakelijk om de uiterst gevoelige metingen van de onderzoekers niet te verstoren. De stabiliteit van de Nijmeegse magneten wordt nergens ter wereld geëvenaard.