Püsimagnet-- Halbachi massiiv

Halbachi massiiv on püsimagnetite seeria konkreetne paigutus. Massiivil on ruumiliselt pöörlev magnetismi muster, mis tühistab välja ühelt poolt, kuid suurendab seda teiselt poolt. Halbachi massiivide peamised eelised on see, et nad suudavad tekitada ühel küljel tugevaid magnetvälju, tekitades samal ajal väga väikese hajuvälja teisel küljel. Seda efekti saab kõige paremini mõista, jälgides magnetvoo jaotust.

Vahelduva magnetiseeringuga ferromagnetiliste materjalide ribad (materjalid, mida saab püsivalt magnetiseerida) kombineeritakse nii, et magnetväljad joonduvad komposiitstruktuuri tasapinnast kõrgemal, samas kui struktuuri all on väljad vastassuunalised ja kustuvad. Täpsemalt on magnetiseerimise vahelduvad komponendid p/2 või 90ofaasist väljas.

Eespool näidatud ideaaljuhul tekitaks see superpositsioon tasandist kõrgema välja, mis on kaks korda suurem, kui struktuur oleks ühtlaselt magnetiseeritud, ja tasandist allpool välja ei teki. Kuid tegelikkuses ei täheldata ideaalset juhtumit kunagi ja alumisel küljel tekib väga väike väli. Seda paigutust saab suurte massiivide saamiseks lõputult jätkata.

Need "ühepoolse voo" struktuurid avastas esmakordselt 1973. aastal John C. Mallinson, kes kirjeldas neid kui "kuriosumeid", millel on potentsiaal parandada magnetlindile salvestamise tehnoloogiat. Kuid nende tegelik potentsiaal realiseeriti alles 1980. aastatel, kui Berkley füüsik Klaus Halbach iseseisvalt selle magnetnähtuse uuesti avastas ja lõi osakeste kiirendites kasutamiseks Halbachi massiivid. Halbach tootis massiivid, kasutades ferromagnetilisest materjalist koobaltit, et tekitada teravustamise ja teravustamise jaoks tugevaid magnetvälju. osakeste kiirendi talade juhtimine.

Halbachi massiividel on nüüd palju rakendusi ja neid kasutatakse mitmesugustes erineva keerukusega süsteemides. Üks Halbachi massiivi lihtsamaid rakendusi on külmikumagnetid. Sel juhul kasutatakse magneti hoidevõime suurendamiseks ära ühepoolse voo omadusi. Lihtsate lukustussüsteemide loomiseks saab kombineerida ka muutuvaid magnetvarraste massiive. Kui varraste magnetiseeringud on paigutatud nii, et väli on tasapinnast kõrgemal maksimeeritud ja selle all minimeeritud, saab voo piiramist pöörata, pöörates iga varda 90o.

Täiustatud näide Halbachi massiivist on Maglevi rongitee või Inductrack, kus vaguni toetamiseks kasutatakse magnetlevitatsiooni. Magnetmassiivid tõstavad rongi rööbastee kohal väikese vahemaa ja suudavad taluda kuni 50 korda suuremat raskust kui magnet. Toiming põhineb induktsiooni põhimõttel; kui massiiv juhitakse üle metallist rööbastee mähiste, indutseerivad magnetvälja kõikumised rajal pinge. Seejärel loob rööbastee oma magnetvälja ja sarnaselt siis, kui proovite kahte varrasmagneti sarnast poolust kokku lükata, kui see väli joondub Halbachi massiivi tekitatud väljaga, põhjustab tõrjumine rongi levitatsiooni. Maglevi rongid ei kannata paljude hõõrdejõudude all, mis aeglustavad traditsioonilisi ratastega ronge ja suudavad pakkuda kiiret transporti. Tegelikult on Jaapani SCMaglevi rongisüsteemil, mis saavutas 2003. aastal 361 miili tunnis, praegu kiireima raudteetranspordi Guinnessi maailmarekord.

Halbachi massiive kasutatakse ka täiustatud teaduslikes katsetes, nagu sünkrotronid ja vabade elektronide laserid (FEL), kus neid tuntakse Halbachi "vigurdajatena". FEL-idel on väga lai ja hästi häälestatav sagedusvahemik ning neid kasutatakse paljudes rakendustes alates meditsiinilisest kuni sõjaliseni. Halbachi vigur on üks FEL-i põhikomponente, kus massiivi magnetvälja kasutatakse laetud osakeste (tavaliselt elektronide) kiire perioodiliseks nihutamiseks. Vigurdusefekt põhjustab suunamuutuse ja seega ka osakeste kiirenduse muutumise. See omakorda põhjustab suure intensiivsusega sünkrotronkiirguse (footonite) emissiooni, kui seda kombineerida välise laserallikaga.

Samuti on võimalik luua Halbachi silindreid ja rõngaid, kus magnetväli on rõnga või silindri sees tugev, väljast aga tühine või vastupidi, sõltuvalt magnetite paigutusest. Neid struktuure kasutatakse tavaliselt harjadeta vahelduvvoolumootorite jaoks, kus tavapäraselt võivad hajutatud väljad vähendada pöördemomenti ja tõhusust. Kuid kuna Halbachi silindrid on oma struktuuri tõttu olemuslikult varjestatud, peaaegu kogu voog on keskel, suudavad nad seda probleemi vältida ja tekitada suuremaid pöördemomente.