Volkskrant 12-04-2014: Magnetifiek

SIR ED¡4UND
NSCHAP
/
]2 APRIL 2OI4
]T IN NIJMEGEN
Door monnikenwerk
en ingenieursgeduld
heeft Nijmegen sinds
dezeweek de sterkste
elektromagneet van
Europa. Hoe de
minimale brainwave
van een technicus een
revolutiewerd.
magneetmonster in een van de experimenteerhallenvan hetlab.Tegen de glimmende ketel op poten
van anderhalve meter doorsnee, met aan weerszijden pijpen formaat bovenbeenvoor het koelwater
van de magneet, staat een aluminium ladder naar
zijneigenlijke opstellingeneen reeks leidingenvoor
het vloeibare helium dat daarbij nodig is.
Datheliumzalergens diep in de opstellingde gallium-arsenide chip gaan koelen waaraan Zeitler de
eerste echte metingen gaat doen bij hetnieuwe magneetveld. 'Vooral om aan de buitenwereld te demonstreren watwe hier nu hebben staan.'
Want die buitenwereld, daar draait het om. Het
HFML-lab concurreert in een wereldwijde hoogge-
T()STERI(IS38IEU
De nieuwe Niimeegse supermagneet heeft in de
centrale holte een magnetische stçlkte van
38 tesla. Dat is meer dan
100 milioen maal sterker
dan het magneetveld van
de aarde op de evenaar.
De Na¡meegseSST-magneet is 8.OOO keer sterker
dan een modaal magneetje op de koelkastdeur, een keer of 4O keer
sterker dan de magneet
in een luidspreker en een
facto¡ l0 sterker dan wat
¡n een MRI-scanner wordt
'i
marl(van sterke magneetvelden. Dat
soortvelden is voorfundamentele research aan bijspecialiseerde
Door Martiin van Calmthout
Foto's Jiri Btiller
voorbeeld de geleidingseigenschappen van halfgeIeiders cruciaal en er zijn maar een paar labs terwereld die ze aan steeds meer onderzoekers kunnen
aanbieden.
etbezwete koppen
staan ze
in
een
kleine werkplaats:
technici fos van Velsen en Fritsfanssen
van het Nijmeegse
High Field Magnetic Laboratory. Met
En onbedoeld een ode aan hetingenieursgeduld.
Èen elektromagneetis in principe een eenvoudig
schappeliike instrumenten omdat daarmee de
elektronische eigenschappen van materialen
en structuren in kaart
worden gebracht. Zulke
velden wekken stromen
apparaat, begint Wijnen het verhaal van de Nij-
Frits dunne platte koperen ringen ter
groottevan een oud singeltje met een
speciaal patroon van gaatjes en inke-
meegse 38-teslamagneet. Laat stroom door een spoel
rondlopen en erontstaatlangs de as van de spoel een
magnetisch veld. Hoe meer windingen in de spoel
en hoe hoger de stroom, hoe meerveld. Wijnen:'Op
papier kan iedere scholier dat. Maar de lrunst is om
hetin de praktijkte brengeri. Dan krijg je te maken
met extreme krachten en opwarming, die je alleen
tilt
schoongemaakt weer uit.
Frits heeft nog stapels te gaan, Jos stapelt de blinkend schone schijven aan
zijn kant neties op. Een enkel beschadigd exemplaar gaat eruit.
Monnikenwerk Maar iemand moet
het doen, glimlachen )os en Frits. De
geborstelde Bitterplaatjes worden verzilverd bij een gespecialiseerd bedrijf
buiten de deur. Waarna ze, uiteindeJos ze er
lijk, één voor één volgens een vooraf
gekozen schema op elkaar zullenworden gestapeld. Zodanig dat ze samen
de spoel vormen van een bakbeestvan
een elektromagneet, met eenveld van
37,5 tesla. De sterkste van Europa. En
met een beetje behendiþ redeneren
zelfs de sterkste van de wereld.
Om precies te zijn, verteltprojectleider Frans Wijnen van het HFML, werken de heren technici aan een kopie
van de magneet die net klaar is en
waarmee de afgelopen weken het beoogde megamagneetveld is bereikt.
Aan de vooravond van de festiviteiten staat Radboud Universiteit-fiisicus
Uli Zeitleraan devoetvan het nieuwe
grootte van een oud singeltje worden op elkaar gestapeld.
De ketel op poten die het techn¡sche hoogstandje huisvest.
witte stofhandschoentjes aan legt
pingen in de zachtjes brommende
borstelmachine, aan het andere eind
ren ?¡ngen ter
Uiteindelijk, zegt onderzoekerZeitler, is de nieuwe
prachtmagneet wat dat betreft gewoon maar een
stukgereedschap.'Hoe mooi hij ookin mekaar zit,
uiteindelijkwil je als onderzoeker gewoon op een
knop druld<en en het gewenste veld hebben.'
Wat niet wegneemt dat in de glimmende ketel
met zijn boomdikke koperen sterl$troomaanslui
tingen een spectaculair technisch hoogstandje zit.
metslim ontwerpen in de hand kunthouden.'
Dat ontwerp is.van Wijnens voorganger Stef
Wiegers en berust op een veelgebruikt idee in de
highfieldelektromagneten: Bitterplaten, genoemd
naar elelftromagneetpionier Bitter. Dat zijn dunne
platte koperen ofkoperzilveren ringen die op één
plaats zijn opengesneden. Door er een aantal op elkaarte schuiven ontstaateen platte geleidende ring,
door zulke ringen slim op te stapelen ontstaat een
zeer dichtgewonden stroomspiraal.
In de Nijmeegse magneet, die ongeveerT0 centimeterhoogis, zitten zesvan zulke bitterspoelen met
verschillende diameters als hulzen om elkaar heen
geschoven, waardoor ze allemaal bijdragen aan het
magneeweld in de centrale holte.
Maarbehalve het_veld is er meer om rekening mee
te houden, legt Wijnen uit. In de magneet loopt in
vol bedrijf een stroom van 40 duizend ampère en
wordt een vermogen van 22,5 megawatt gebruikt.
Vergelijkbaar methetverbruikvan een kleine stad,
lacht Wijnen.'We bellen de NUON als we willen be-
ginnen.'
Minder gemald<elijk is wat al die energie met de
magneet zelf doet. Hoewel alle geleidende delen uit
koper ofkoÞerzilverbestaan, is er een zekere inwen-
dige weerstand, die het materiaal opRAIIHISPR(IIIG
Sterke magneetvelden
zün belangriike weten-
in biivoorbeeld halfgeleiders op, die kunnen worden gemeten. Een ogen-
schijnlijk kleine stap in
magneetveldsterkte, bijvoorbeeld in Nijmegen
van 33 naar 38 tesla, betekent in het onderzoek
vaak een reuzenspfong
vootwaarts, omdat verschijnselen nlet geliik oplopen met het veld, maar
veel heftiger.
warmt. Om dat te beheersen pompt
het lab onwaarschijnlijke hoeveelheden gedemineraliseerd (en dus nietgeleidend) koelwater dwars door de
magneetheen.
Dat is fetterlijk: in alle koperringen
zittén talloze gaatjes enopeningen gestanst, zodanigdatbij stapeling zoveel
mogelijk kanalen voor koelwater ont-
gebruikt.
der dan een millimeter dik. Dat betekende eindeloos veel uren met twee,
soms drieman, plaatje voor plaatje wegen, controleren en behoedzaam in de
vereiste draaiingpositioneren en neerleggen op de kolom.In de kolommen
zitten tussen de vijfhonderd en duizend gestapelde plaatjes,waarvanmet
licht en draden gecheckt wordt of al
die honderden ragfijne koelkanaaltj es
staan. Zo veel mogelijk, benadruktlVijnen, maarwel met een grens. 'Er ontstaan door de velden enorme krachten
open zijn.'Er zijn dagengeweest datje
na twee uur secuur stapelen vaststelde: er is iets mis. Dan ging alles er
in de metalen delen, en {ie rnoet je
weerstaan. Het zoeken is dus naar een
dusweeruit.'
compromis tussen geleiding, koelbaarheid en stevigheid.'
In dat compromis speelt een brainwave van zijnvoorganger een cruciale
rol: de vorm van de koelkanaaltjes,
minder dan een millimeter breed en
met het blote oog nauwelijks goed te
bekijken. Wijnen legt eenvan de binne.nste plaatjes op tafel enwijst: daa¡
de manier waarop de uitsparingen
links enrechts eindigen:Zijn die rond,
dan ontstaan er ongewenste wervelingen in de sterkstroom door het koper,
ongeveer zoals rond een paal in een
snel stromende rivier. De oplossing
klinlc eenvoudig, maar je.moet er
maar opkomen: puntige uiteinden, zoals de boegvan een schip, geven minderwervelingen en dus minderweerstand en minder opwarming.
Vorig jaar oktober begon de opbouwvan de magneet uit de eindeloze
aantallen bitterplaten, de ldeinste zo'n
zes centimeter buitendiameter, de
grootste bijna een meter, en toch min-
Toen alles in elkaarwas gestapelden
gesleuteld, ging ll maartvoor het eerst
deschakelaarom. Eerstbij eenbescheiden stroom van f o kilo-ampère. En uiteindelijk de volle 4o. Geen vuiltje aan
de
lucht.
En een
wereldrecord magneetveld,
althans met een conventionele
elektrornagneet. In een lab in Tallahassee, Florida staat de absolutewereldre-
cordhouder, maximaal 45 tesla, maar
daar worden ook heliumgekoelde sgpergeleidende magneetspoelen ge-
bruikt.
Tienmaal zo duur als het
nieuwe Nijmeegse monster.
Wijnen heeft eigenlijk geen moment gedacht dat hij het na al die uren
bouwen ook gewoon níet kon doen,
'Dit is geen apparaat dat het niet doet,
het is een apparaat dat het hooguit
minder doet dan op papier. Ikweet dat
er concurrenten zijn, die de naam 38teslamagneet niet gepast vinden, omdatwe 37,5 halen. Ik zeg: op school is
dat gewoon 38, en dat is hoe dan ook
eenrecord.'
o
37

Download Report