Ein stark anziehender Rekord

News: Ein stark anziehender Rekord

Das Institut für Festkörper- und Werkstofforschung Dresden (IFW) hat einen Dauermagneten aus supraleitendem Material hergestellt, in dem ein permanentes Magnetfeld von 14,35 Tesla erzeugt wurde. Damit haben die Dresdner Forscher ihren eigenen Weltrekord vom Juni dieses Jahres beträchtlich übertroffen.

Magnete im umgangssprachlichen Sinne – in der Fachsprache genauer Dauermagnete genannt – begegnen uns überall, vom Schranktürverschluß über Elektromotoren, Fahrraddynamo bis zu Spurführungen von Leseköpfen im PC. Gewöhnlich bestehen sie aus einem Material, das Eisen oder Kobalt enthält. Die Stärke eines herkömmlichen Magneten beträgt an der Oberfläche kaum 1 Tesla. Aus massiven Hochtemperatur-Supraleitern können neuerdings sehr viel stärkere Dauermagnete hergestellt werden. Voraussetzung für die magnetischen Eigenschaften dieses Materials ist die Kühlung auf Temperaturen unterhalb von -183 Grad Celsius, bei der diese Keramik supraleitend wird. Im weltweiten Wettbewerb um höhere Feldstärken wurde bereits 1996 von amerikanischen Forschern ein Wert von 10,1 Tesla erreicht, der lange Zeit unangefochten blieb. Im Juni dieses Jahres machte das IFW einen großen Schritt nach vorn und meldete einen neuen Weltrekord von 11,4 Tesla. Das entspricht einer Kraft von 500 Kilopond, die zwei solche Dauermagnete mit 1 Quadratzentimeter Stirnfläche aufeinander ausüben können.

Nun ist es den Dresdnern erneut gelungen, die Rekordmarke ein großes Stück nach oben zu verschieben: In supraleitenden Magneten des IFW Dresden können seit dem 15. Oktober 1999 Magnetfelder bis zu 14,4 Tesla stabilisiert werden. Das neue Ergebnis wurde bei einer Temperatur von -250 Grad Celsius erreicht. <

Die radialen Zugkräfte, die bei diesen Experimenten auf den Supraleiter wirken, sind so groß, daß sie das Material auseinanderreißen können. Um das zu verhindern, ist der Magnet in ein Stahlkorsett gehüllt. Außerdem wurde die mechanische Festigkeit des Supraleiters durch Silberzusätze erhöht. Dennoch sind es diese mechanischen Kräfte, die eine weitere Steigerung der maximalen Feldstärke derzeit limitieren. Hinsichtlich der Materialentwicklung ist das Potential für noch höhere Feldstärken durchaus gegeben. Das supraleitende Massivmaterial (Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid) wird im IFW Dresden mit einem besonderen Schmelzkristallisa-tionsverfahren hergestellt, das es erlaubt, Proben mit Durchmessern von bis zu fünf Zentimetern in reproduzierbarer Qualität herzustellen. Eine weitere Verbesserung der supraleitenden Eigenschaften kann durch gezielte Materialbehandlung sowie Zinkzusätze erreicht werden.

Feldstärken von 14 Tesla und mehr lassen sich natürlich auch mit Spulen aus Kupfer erzeugen. Hierzu ist aber ein enorm hoher Energieaufwand von etwa zehn Megawatt erforderlich. Darüber hinaus lassen sich derartige Felder auch mit Spulen aus supraleitenden Drähten erzeugen. Für bestimmte Anwendungen wie Magnetlager und Motoren wäre der Einsatz superstarker Dauermagnete jedoch die elegantere und kostengünstigere Lösung. Die Vorteile supraleitender Dauermagnete werden schon heute in Funktionsmodellen demonstriert.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 25.6.1999
"Starke Leistung"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 3.9.1998
"Ein starkes Feld"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 2/96, Seite 58
"Elektromagnete höchster Leistung"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)