Сверхмощные магниты: рекорды, технологии и приложения

Термин «маг» в научных публикациях часто используется как сокращение от слова «магнит». В последние десятилетия усилия исследователей из разных стран привели к созданию магнитных полей, сила которых в тысячи раз превышает поле Земли. В этой статье мы собрали самые актуальные данные о мировых рекордах, рассмотрели технологии, позволяющие достичь таких величин, и обсудили, какие задачи решают сверхмощные магниты.

Что такое «маг» в контексте физики?

Магнит – это объект, создающий магнитное поле. Сила поля измеряется в теслах (Тл). Для сравнения, магнитное поле Земли составляет около 0,00005 Тл (50 µТ). Поэтому даже магнит в 1 Тл считается чрезвычайно сильным, а поля в десятки и сотни тесл открывают новые возможности в науке и технике.

Исторический обзор развития сильных магнитов

• 1970‑е годы – появление первых сверхпроводящих магнитов для ускорителей частиц.
• 1990‑е годы – развитие резистивных (пассивных) магнитов, способных генерировать поля до 30 Тл в импульсном режиме.
• 2000‑е годы – открытие новых сверхпроводящих материалов (Nb₃Sn, MgB₂), что позволило увеличить стабильные поля до 45 Тл.
• 2010‑е годы – активное участие национальных лабораторий (MagLab, Физический институт им. Л. Ландау, Национальная лаборатория сильных магнитных полей) в поиске предельных значений.
• 2020‑е годы – рекордные импульсные и резистивные магниты в Китае, а также экспериментальные установки в России, Японии и США.

Современные рекорды (по состоянию на 2026 год)

Ниже перечислены самые выдающиеся результаты, подтверждённые международными публикациями и пресс‑релизами.

1. 1200 Тл – контролируемое магнитное поле, полученное в 2018 году в Японии (в 400 раз сильнее полей современных МРТ‑сканеров).
   Источник: Physics – Indicator, 24 сентября 2018
2. 100,75 Тл – рекорд, установленный в Юргинском технологическом институте (Россия) в 2026 году;
   Источник: Новостной выпуск 29 января 2026
3. 45,22 Тл – стабильное поле, полученное китайскими учёными в 2022 году (побит предыдущий рекорд 45 Тл).
   Источник: Science Daily, 15 августа 2022
4. 42,02 Тл – резистивный магнит, разработанный в Китае, установленный в 2024 году.
   Источник: Пресс‑релиз Национального исследовательского центра, 23 октября 2024
5. 35,6 Тл – резистивный магнит, созданный в Китае в начале 2026 года.
   Источник: Техноблог, 29 января 2026
6. 70 Тл – импульсный магнит, построенный в Китае (2022 год). Поле в миллионы раз сильнее земного.
   Источник: Science China, 1 октября 2022
7. 1 млрд Тл – естественное магнитное поле «магнетара», нейтронной звезды (не лабораторный, но абсолютный рекорд во Вселенной).
   Источник: Астрономический журнал, 13 июля 2022

Технологии создания сверхмощных магнитов

Сверхпроводящие магниты

Сверхпроводники позволяют проводить ток без сопротивления, что устраняет тепловые потери. Наиболее часто используют сплавы NbTi, Nb₃Sn и новые высокотемпературные керамики (YBCO). Такие магниты применяются в:

• Ускорителях частиц (например, в Большом адронном коллайдере – 13 Тл).
• МРТ‑сканерах нового поколения (3–7 Тл, но с перспективой 10 Тл).
• Экспериментах по термоядерному синтезу (токамаки ITER – 13 Тл).

Резистивные (пассивные) магниты

Работают за счёт прохождения огромного тока через медные или алюминиевые катушки. Требуют мощных систем охлаждения (водяное, жидкий азот) и способны генерировать импульсные поля до 70 Тл, но только на доли секунды.

Импульсные магниты

Сочетание резистивных катушек и быстрых энергонакопителей (конденсаторы, суперконденсаторы). Позволяют достичь рекордных полей в 45–70 Тл на время от 10 мс до 1 с. Применяются в исследованиях высокоэнергетических процессов и в области материаловедения.

Гибридные системы

Комбинация сверхпроводящих и резистивных элементов. Пример – Hybrid Magnet в Национальной лаборатории сильных магнитных полей (MagLab, США), где сверхпроводящий «базовый» магнит (≈ 12 Тл) усиливается резистивным «вспомогательным» магнитом до 45 Тл.

Практические применения сильных магнитов

• Медицина – магнитно-резонансная томография (МРТ) с полем 7 Тл и выше обеспечивает более высокое разрешение изображений.
• Физика элементарных частиц – ускорители используют магнитные поля для управления траекторией пучков частиц.
• Термоядерный синтез – токамаки и стеллараторы требуют полей 10–13 Тл для удержания плазмы.
• Материаловедение – исследование сверхтвердых материалов, магнитных фаз, а также создание новых сплавов под воздействием экстремального поля.
• Космические исследования – имитация магнитных условий вблизи нейтронных звезд и планет с сильными магнитными полями.

Проблемы и ограничения

1. Тепловые нагрузки – резистивные магниты выделяют огромные количества тепла, требуя мощных систем охлаждения.
2. Механические напряжения – магнитные силы могут достигать сотен меганьютонов, вызывая деформацию или разрушение катушек.
3. Энергопотребление – создание импульсных полей в 70 Тл требует более 30 МВт мощности за короткое время.
4. Сверхпроводимость – критический ток и поле ограничены свойствами материала; переход к новым сверхпроводникам (например, железо‑селенидные) пока находится в экспериментальной фазе.

Будущее: к чему стремятся учёные?

Главные направления развития до 2035 года:

• Достижение стабильного поля > 100 Тл в сверхпроводящих системах без разрушения катушек.
• Разработка компактных импульсных магнитов для лабораторных исследований (модульные системы, которые можно быстро перемещать).
• Внедрение высокотемпературных сверхпроводников (YBCO, Bi‑2212) в крупномасштабных установках, что сократит затраты на охлаждение жидким гелием.
• Создание гибридных магнитных полей, где резистивные и сверхпроводящие элементы работают совместно, позволяя управлять формой и длительностью импульса.
• Исследования квантовых эффектов в экстремальных полях (например, вакуумная поляризация, создание пар электрона‑позитрона).

За последние полвека человечество превзошло естественные ограничения Земли и создало магнитные поля, в тысячи раз превышающие земное. Сверхпроводящие, резистивные и импульсные технологии позволяют достигать рекордных 1200 Тл в лабораторных условиях, а естественные объекты во Вселенной (магнетары) демонстрируют поля до 1 млрд Тл. Эти достижения открывают новые горизонты в медицине, энергетике, фундаментальной физике и космических исследованиях. Однако путь к ещё более сильным и стабильным магнитам требует решения серьёзных инженерных задач – от управления теплом до разработки новых материалов.

Список использованных источников

1. National High Magnetic Field Laboratory (MagLab). Hybrid Magnet Record – 45 T. 2024.
2. Science China. Китай построил импульсный магнит 70 Тл. 2022‑10‑01.
3. Physics – Indicator. Контролируемое поле 1200 Тл. 24 сентября 2018.
4. Юргинский технологический институт. Рекорд 100,75 Тл. 29 января 2026.
5. Пресс‑релиз Национального исследовательского центра Китая. Резистивный магнит 42,02 Тл. 23 октября 2024.
6. Science Daily. Китайские учёные достигли 45,22 Тл. 15 августа 2022.
7. Астрономический журнал. Магнетары: поля до 1 млрд Тл. 13 июля 2022.
8. Техноблог. Самый мощный магнит в мире – 35,6 Тл. 29 января 2026.