RU Nijmegen: magnetenlaboratorium van wereldformaat

Onderwerp: Elektrisch veld en magnetisch veld, Inductie en wisselstromen

Sinds 13 juni 2003 beschikt de Radboud Universiteit van Nijmegen over een supermagneet. Het HFML (High Field Magnet Laboratory) schaart zich onder de vier grootste magneetlaboratoria in de wereld.

Het nieuwe Nijmeegse laboratorium is voorzien van een energiebron van 20 megawatt. Daarmee kunnen continu velden tot 40 tesla en gepulste velden tot 80 tesla worden opgewekt. Het gebouw is ontworpen om volledig tril- en storingsvrij te kunnen meten. Met het HFML bezit Nederland een laboratorium van mondiale allure en uitstraling. Jaarlijks zullen in het nieuwe HFML 70 onderzoekers van over de hele wereld experimenten kunnen doen.

Over het ontwerp van het magnetenlab is ook nog eens goed nagedacht.

Absolute wereldtop

De Nijmeegse magneten hebben een aantal bijzondere eigenschappen. Zo kan in de open ruimte in de kern van de magneten elke gewenste temperatuur heersen, zelfs kamertemperatuur of hoger. Verder kunnen de magneetvelden snel en gemakkelijk veranderd worden. De opgewekte magnetische velden zijn de stabielste in de wereld. Er kunnen metingen gedaan worden bij golflengten die uiteen lopen van 9-500 gigahertz en bij temperaturen van net boven het absolute nulpunt (-273 °Celsius) tot ongeveer 275 °Celsius. Ook kan er gemeten worden bij drukken tot 25.000 atmosfeer. En omdat de velden lang in stand gehouden kunnen worden, is het zelfs mogelijk om materiaaleigenschappen te veranderen.

Uniek verkennend onderzoek

Toepassing van magneetvelden laat heel andere eigenschappen van materialen zien dan welke andere wisselwerking met materie of waarneemtechniek ook. Tot nu toe zijn de meeste waarnemingen met magneetvelden bij zeer lage temperaturen gedaan. In Nijmegen zijn experimenten mogelijk bij kamertemperatuur of hoger. Hierdoor krijgt het onderzoek in hoge magneetvelden een belangrijk verkennend karakter. Het HFML krijgt nu de mogelijkheid eigenschappen van materialen te bestuderen bij magneetvelden die bijna twee keer hoger zijn dan in een normaal laboratorium. Daarom liggen er verrassende en onverwachte ontdekkingen in het verschiet.

In hele grote magneten wordt aan hele kleine dingen gewerkt.

Kan een kikker zweven in een magnetisch veld?

Met sterke magneetvelden zijn opvallende experimenten mogelijk. Het is zelfs mogelijk om voorwerpen te laten zweven als deze in een sterk magneetveld worden geplaatst. In een veld van 20 tesla blijkt de diamagnetische kracht in veel materialen voldoende sterk om de zwaartekracht te compenseren. Kijk maar eens naar het volgende filmpje van de zwevende aardbei. Dit effect geeft aan dat in een zeer hoog magneetveld verkennend onderzoek voor experimenten bij gewichtloosheid gedaan kan worden. De verklaring van dit verschijnsel moet overigens gezocht worden in de diamagnetische eigenschappen van het materiaal.

Download bestand(PDF)
Opname van zwevende aardbei. (avi bestand, ong. 3 Mb; opslaan met rechtermuisknop, kies dan 'Doel opslaan als...' of 'Save link as...' )

Download bestand(PDF)
Opname van kussende waterdruppels. (avi bestand, ong. 3 Mb; opslaan met rechtermuisknop, kies dan 'Doel opslaan als...' of 'Save link as...')

Andere recente voorbeelden van onderzoek zijn het elektrisch manipuleren van licht in halfgeleiders (Science, vol. 294, 837-839) en het zichtbaar maken van faseverandering tussen oppervlak en bulk in vloeibare kristallen (Nature, vol. 421, 149-152).

Wie heeft dit allemaal betaald?

Het gebouw en de infrastructuur van het HFML zijn voor rekening gekomen van de Nijmeegse universiteit. De investeringen voor de magneten en de magneetinstallatie zijn verzorgd door de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM). Deze stichting is daartoe in staat gesteld door de Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) uit het budget van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschappen. Daarnaast werden er subsidies ontvangen van de provincie Gelderland en uit het Europees Fonds Regionale Ontwikkeling. Met deze subsidies zijn een aantal faciliteiten voor bedrijfsgericht onderzoek aan het laboratorium toegevoegd.