Кіріспе
АҚШ-тағы магнетизмді зерттеу институты
Ұлттық жоғары магниттік өріс зертханасы (MagLab) – Флорида мемлекеттік университетінің, Флорида университетінің және Нью-Мексико штатындағы Лос-Аламос ұлттық зертханасының физика, биология, биоинженерлік, химия, геохимия, биохимия салаларындағы магниттік өрістерді зерттейтін мекемесі. Бұл АҚШ-тағы осындай мақсаттағы жалғыз зертхана және әлемдегі он екі жоғары магниттік өріс зертханасының бірі. Зертхана Ұлттық ғылым қоры және Флорида штатының қолдауымен жұмыс істейді, сондай-ақ жекеменшік сектормен де ынтымақтастық етеді. Зертхана әлемдегі ең күшті магниттер бойынша бірнеше әлемдік рекордты сақтайды, оның ішінде 45,5 Теслаға жететін ең жоғары магниттік өріс рекордтары бар. Ядролық магниттік резонанс спектроскопиясы тәжірибелері үшін оның сериялық гибридтік (SCH) магниті 2016 жылдың 15 қарашасында MagLab инженерлері мен ғалымдары жүргізген сынақтар кезінде рекордты жаңарып, 36 Тесланың толық өрісіне қол жеткізді.
Ұсыныс және тапсырыс беру
1989 жылы Флорида мемлекеттік университеті (ФЛУ), Лос-Аламос ұлттық зертханасы және Флорида университеті Ұлттық ғылым қорына (NSF) жоғары магниттік өрістердегі салааралық зерттеулерді қолдайтын жаңа ұлттық зертхана құру жөніндегі ұсыныс енгізді. Жоспарда магнитке қатысты зерттеулер, ғылым және технология білімі, сондай-ақ өнеркәсіптік серіктестіктерді қамтитын федералды-мемлекеттік серіктестік көзделген. Мақсаты – АҚШ-тың магниттік технологиялар саласындағы зерттеу және әзірлемелердегі бәсекеге қабілеттілігін сақтау болды. Тәуелсіз сарапшылардың бағалауынан өткен соң, NSF ФЛУ басқаратын консорциумның ұсынысын бекітті.
MIT-тің бәсекелестік ұсынысы
NSF-ке ұсынылған қарсы ұсыныста Массачусетс технология институты (MIT), Айова университеті, Висконсин университеті – Мэдисон, Брукхейвен ұлттық зертханасы және Аргонн ұлттық зертханасы MIT-дегі әлемдік деңгейдегі Фрэнсис Биттер магнит зертханасын жақсартуды ұсынды. 1990 жылдың 5 қыркүйегінде MIT зерттеушілері Ұлттық ғылым кеңесінің (NSB) 21 мүшесінен өз шешімін "қайта қарап, өзгертуді" сұрады. NSF гранты бойынша 60 миллион доллар салымда болғандықтан, MIT егер шағымы қабылданбаса, Фрэнсис Биттер зертханасын біртіндеп жабатынын мәлімдеді, бұл NSF тарихындағы тұңғыш рет болды. Өтініш 1990 жылдың 18 қыркүйегінде қабылданбады.
Алғашқы жылдар
Зертхананың алғашқы жылдары инфрақұрылымды құруға, жаңа ғимаратты салуға және профессорлық-оқытушылар құрамын толықтыруға арналды. Таллахасси кешені 1994 жылдың 1 қазанында көптеген адамның қатысуымен салтанатты түрде ашылды, ал негізгі спикер вице-президент Ал Гор болды.
Білім беру және қоғамдық ақпараттандыру
Ұлттық MagLab ғылыми білім беруді ілгерілетеді және зерттеу мен оқуды біріктіру орталығы арқылы ғылым, инженерия және ғылым мұғалімдерін қолдайды. Бағдарламаларға пәнаралық оқу ортасындағы тәлімгерлік кіреді. Магнит академиясы арқылы зертхананың веб-сайты электр және магнетизм туралы білім беру мазмұнын ұсынады. Ұлттық MagLab сонымен қатар ай сайын жұртшылыққа ашық экскурсиялар ұйымдастырады және жыл сайын шамамен 10 000 адам қатысатын ашық есік күнін өткізеді. Жергілікті мектептерге арналған арнайы экскурсиялар мен насихаттау мүмкіндіктері де бар. Skepticality бағдарламасындағы сұхбатта доктор Скотт Ханнас: «Егер сіз ақпан айының үшінші сенбісінде келсеңіз, бізде ашық есік күні болады деп ойлаймын, онда Тесла орамдары ұшқындарды шашып, геохимия тобы тастарды балқытады, біз дыбыс жылдамдығын өлшейміз, лазерлер мен картоп ату құралдары бар, түрлі ғылыми принциптерді көрсететін көптеген нәрселер бар. Біз жиналамыз және физика зертханасын аралауға шамамен 5000 адам келеді, бұл өте керемет адамдар тобы», – деді.
Флорида мемлекеттік университетінің бағдарламалары
Флорида мемлекеттік университетінің Таллахасси зертханасы – күрделі ғимараттар кешені және онда шамамен 300 оқытушы, қызметкер, аспирант және докторант жұмыс істейді. Оның директоры – физик Грегори Скотт Бобинджер. Бас ғалымы – Лора Грин.
DC өрісі бағдарламасы
Құрылыста 14 резистивті магнит ұясы орналасқан, олар 48 мегаватттық тұрақты ток көзіне қосылған және магниттерден бөлінетін жылуды кетіруге арналған салқындату жабдықтарымен жабдықталған. Құрылыста бірнеше магнит, оның ішінде резистивті және суперөткізгіш магниттерді біріктіретін 45 Теслалық гибридті магнит бар. Зертхананың 41,4 Теслалық резистивті магниті әлемдегі ең күшті тұрақты ток (үздіріссіз өрістік) резистивті магнит болып табылады, ал 25 Теслалық Кек магниті кез келген резистивті магниттің ең жоғары біртектілігімен ерекшеленеді.
NMR спектроскопиясы және бейнелеу
Бұл бағдарлама ерітінді және қатты күйдегі ЯМР спектроскопиясы, ЖМРТ және жоғары магнит өрісіндегі диффузиялық өлшеулер саласындағы кең пайдаланушылар тобына қызмет етеді. Зертхана жоғары магниттік өрістерде технология, әдістеме және қолданбаларды ішкі және сыртқы пайдаланушылардың қатысуы арқылы дамытады. Зертханада жасалған 900 МГц (21,1 Тесла) ЯМР магнитінің диаметрі 105 мм (шамамен 4 дюйм) болатын аса кең тесігі бар, бұл суперөткізгіш магнит тірі жануарларды ЖМРТ зерттеу үшін ең жоғары өріс күшіне ие.
Иондық циклотрондық резонанс
Фурье түрлендірулі иондық циклотрон резонанстық массалық спектрометрия бағдарламасы FT ICR массалық спектрометриясының құралдарын және техникасын жетілдірумен, сондай-ақ оның қолданылу аясын кеңейтумен айналысады. Бағдарлама директоры Алан Г. Маршаллдың жетекшілігімен FT ICR массалық спектрометриясының әдістерін, құралдарын және қолданылуын үздіксіз дамытып келеді. Бағдарламада 14,5 Тесла, 104 мм ішкі диаметрі бар жүйе сияқты бірнеше құрал бар.
Электрондық магниттік резонанс
ЭМР-ның ең көп таралған түрі – электронды парамагниттік/спиндік резонанс (ЭПР/ЭСР). ЭПР эксперименттерінде, қолданылған магнит өрісімен, сондай-ақ ірі құрылымдық өзара әрекеттесулермен және электрон-ядролық гипержұп өзара әрекеттесулермен бөлінген электрондық спин күйінің S mS субдеңгейлері арасындағы ауысулар байқалады. Бұл техника химия, биохимия, биология, физика және материалдарды зерттеу салаларында қолданылады.
Магниттік ғылым мен технология
Магниттік ғылым және технология бөлімі магниттік жүйелерге қажетті технологияны және біліктілікті дамытумен жүктелген. Бұл магниттік жобаларға Таллахасси және Лос-Аламос объектілері үшін жетілдірілген магниттік жүйелерді құру, жоғары өрісті магниттерді өндіру қабілеттерін арттыру технологиясын әзірлеу үшін өнеркәсіппен жұмыс істеу, сондай-ақ ғылыми-зерттеу және әзірлеу жұмыстары арқылы жоғары өрісті магниттік жүйелерді жақсарту кіреді. Зертхананың FSU штаб-пәтеріндегі Қолданбалы суперөткізгіштік орталығы төмен температуралық ниобийге негізделген және жоғары температуралық купрат немесе MgB2 негізіндегі материалдар үшін суперөткізгіштіктің ғылымын және технологиясын дамытады. ASC фьюжн, жоғары энергиялық физика, МРТ және электр қуатын тарату желілері мен трансформаторлары үшін магниттерге арналған суперөткізгіштерді зерттейді.
Ішкі зерттеулер
Өзінің зерттеу бағдарламасы MagLab мүмкіндіктерін ғылым және инженерия салаларындағы күшті өрістік зерттеулерді жүргізу үшін пайдаланады, сонымен қатар жаңа техникалар мен жабдықтарды әзірлеу арқылы зертхананың пайдаланушы бағдарламаларын дамытады.
Конденсацияланған зат тобы
Конденсацияланған материя тобының ғалымдары конденсацияланған материя физикасының түрлі салаларына ден қояды, оның ішінде магнетизм, кванттық Холл эффектісі, кванттық осцилляциялар, жоғары температуралық суперөткізгіштік және ауыр фермиондық жүйелерді зерттеу мен тәжірибелерді қамтиды.
Геохимия бағдарламасы
Геохимиялық зерттеу бағдарламасы Жер процестері мен қоршаған ортаны түсіну үшін із елементтер мен изотоптарды қолдануға негізделген. Зерттеулердің қызығушылықтары Жер мен Күн жүйесінің уақыт өте келе химиялық эволюциясынан бастап, экологиялық маңызы бар заттардың көздері мен тасымалдануына қатысты жергілікті масштабтағы мәселелерге дейін қамтиды. Геохимия бөлімі жүргізетін зерттеулер құрлықтағы және құрлықтан тыс мәселелерді қамтиды, сондай-ақ құрлықтағы және теңіздегі экспедициялар мен ғарыш аппараттарының миссияларын да қамтиды. Геохимия факультеті ФГУ-дың химия және океанография кафедраларымен бірлесіп биогеохимиялық динамика саласында бағдарлама іске қосты.
Басқа бағдарламалар
Басқа бағдарламаларға криогендік, оптикалық микроскопия, кванттық материалдар және резонанстық ультрадыбыстық спектроскопия кіреді. Зертханада сондай-ақ материалдарды зерттеу тобы бар, ол жиі кездесетін және арзан элементтерді қолдана отырып, жоғары берікті магниттік материалдарды жасаудың жаңа әдістерін зерттейді. Бұл зерттеу тобы кванттық сұйықтықтар мен қатты денелерді зерттеудегі ауқымдылығы және төмен температуралық техникалар (термометрия, ЯМР, ультрадыбыс, жылу сыйымдылығы, сынаманы салқындату) тұрғысынан әлемдік көшбасшы болып табылады.
Жоғары магниттік резонанстық бейнелеу және спектроскопия
Жоғары магниттік резонанстық бейнелеу және спектроскопия бағдарламасы Mag Lab-тің ЯМР және МРТ бағдарламалары үшін жабдықтарды қамтиды, бұл жабдықтар Таллахассидегі лаборатория штаб-пәтеріндегі жабдықтарды толықтырады. Бағдарлама Флорида университетінің Макнайт Ми институтында орналасқан. Олардың құралдарына 600 МГц ЯМР магниті, 1,5 мм үш резонанстық, жоғары температуралы суперөткізгіш зонд кіреді, ол әлемдегі кез келген зондтың ең жоғары 13C-ге бағытталған массалық сезімталдығын қамтамасыз етеді.