Revolutionaire aanpak: homogene magneetvelden met nieuwe permanente magneten!

Revolutionaire aanpak: homogene magneetvelden met nieuwe permanente magneten!

De zoektocht naar efficiënte methoden om homogene magnetische velden op te wekken heeft een nieuw hoogtepunt bereikt. Natuurkundige prof. dr. Ingo Rehberg van de Universiteit van Bayreuth en dr. Peter Blümler van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz hebben een innovatieve aanpak ontwikkeld die de klassieke Halbach-arrangementen overtreft. Hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Applied, toont aan dat het strategisch plaatsen van permanente magneten hogere veldsterktes en verbeterde homogeniteit kan bereiken in compacte magneetopstellingen. Deze bevindingen kunnen verstrekkende gevolgen hebben voor verschillende technologieën die sterke en uniforme magnetische velden vereisen, waaronder magnetische resonantie beeldvorming (MRI).

Traditioneel zijn Halbach-arrays gebaseerd op de aanname van oneindig lange magneten, wat in praktische toepassingen niet haalbaar is. Universiteit van Mainz benadrukt dat Rehberg en Blümler in hun werk de geometrieën van een enkele ring en een gestapelde dubbele ring onderzochten. Ze modelleerden de magneten als puntdipolen. Hun ‘gefocuste’ ontwerp maakte het mogelijk om homogene velden buiten het magnetische vlak te creëren. Door analytische formules te ontwikkelen, konden ze de experimentele resultaten valideren, die goed aansloten bij de theoretische voorspellingen. Deze nieuwe arrangementen bleken superieur aan de klassieke Halbach-arrangementen.

Geoptimaliseerde geometrieën en experimentele validatie

Het pad naar deze bevindingen begon met een gedetailleerd onderzoek naar optimale driedimensionale opstellingen van permanente magneten. De nieuwe ontwerpen vertonen aanzienlijke voordelen ten opzichte van de voorheen geprefereerde Halbach-opstelling. Volgens het artikel, ingediend op 25 februari en voor het laatst herzien op 30 mei 2025, wijkt de optimale opstelling voor kortere magneten af ​​van traditionele ontwerpen en biedt dus nieuwe perspectieven voor de productie van magnetische velden. arXiv beschrijft de theoretische basis van deze benaderingen en de behaalde resultaten.

Bovendien resulteren de experimentele realisaties in een hoog toepassingspotentieel voor de nieuwe technologie. Het zou de ontwikkeling kunnen bevorderen van goedkopere alternatieve technologieën die de klassieke, vaak erg dure, supergeleidende magneten in MRI zouden kunnen vervangen. Hoewel supergeleidende magneten krachtig zijn, beperken hun hoge kosten en technische complexiteit hun beschikbaarheid aanzienlijk.

Toepassingen en toekomstperspectieven

De toepassingen voor deze nieuwe magneetopstellingen zijn uitgebreid. Naast MRI zouden ze ook kunnen worden gebruikt in versnellerfysica en magnetische levitatiesystemen. Deze technologieën vereisen sterke en homogene magnetische velden, en de nieuwe benaderingen bieden hier voordelen. De Halbach-array, ook bekend om zijn gebruik in verschillende technologieën zoals platte koelkastmagneten en borstelloze DC-motoren, heeft al bewezen effectief te zijn in veldconfiguratie. Wikipedia verklaart de voordelen van de eenzijdige fluxverdeling veroorzaakt door de wisselende magnetisatiepatronen van de Halbach-array.

De ontdekking van Rehberg en Blümler is niet alleen een aanzienlijke vooruitgang in de magnetische veldtechnologie, maar opent ook deuren voor toekomstige innovaties in de materiaalwetenschap en -techniek. In een wereld die steeds afhankelijker wordt van technologische oplossingen, zou deze nieuwe aanpak een sleutelrol kunnen spelen.