Mini-Magnet erreicht Rekordfeldstärke – Durchbruch für Kernfusion und Medizin

Hintergrund

Supraleitende Magnete sind das Herzstück vieler Hightech-Anwendungen – von Kernfusionsreaktoren über Teilchenbeschleuniger bis zur medizinischen Bildgebung. Bislang waren sie jedoch enorm groß und teuer: Der weltstärkste resistive Magnet am National High Magnetic Field Laboratory in Florida benötigt 35 Tonnen Material, 33 Megawatt Leistung und 4.000 Gallonen Kühlwasser pro Minute. Er wurde 1999 für 15 Millionen Dollar gebaut und ist 22 Fuß hoch.

Was ist passiert

Ein Team um Forscher der ETH Zürich, einer der weltweit führenden Ingenieurhochschulen, hat nun einen supraleitenden Magneten entwickelt, der in die Handfläche passt. Die Wissenschaftler wickelten REBCO-Band (Seltenerd-Barium-Kupferoxid) zu scheibenförmigen Spulen, sogenannten Pancakes, und stapelten sie. Das Ergebnis: ein Magnet mit nur 6,3 Zentimetern Durchmesser, der ein Feld von 38 bis 42 Tesla erzeugt – nur knapp unter dem Rekord von 45 Tesla des Florida-Magneten.

Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Bauweise: Ohne Verbindungsstellen, Unterbrechungen oder Isolierung zwischen den Spulen geht keine Leitfähigkeit verloren. Bei einem Strom von 1.000 Ampere entsteht das extrem starke Feld. Mit dem 38-Tesla-Magneten führten die Forscher bereits erfolgreich Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR) durch – eine Methode zur Untersuchung subatomarer Teilchen.

Warum das wichtig ist

Dieser Durchbruch hat das Potenzial, gleich mehrere Technologiefelder zu revolutionieren. In der Kernfusion könnten kompakte Magnete die Größe und Kosten von Fusionsreaktoren drastisch reduzieren. Für die NMR-Spektroskopie, die bisher ganze Gebäude benötigt, ermöglicht der Mini-Magnet Tischgeräte – und damit breiten Zugang zu dieser Analysemethode in Forschung, Medizin und Industrie.

Die ETH-Forscher betonen in ihrer Studie, dass solche Mini-Mega-Magneten "weit verbreitete Hochfeld-NMR und andere Anwendungen auf der ganzen Welt" ermöglichen könnten. Anders als bisherige Ansätze benötigt ihr Design keine aufwendige Kühlung mit flüssigem Helium oder tonnenweise Kupferkabel.

Ausblick

Die nächsten Schritte sind die Skalierung der Produktion und die Integration in konkrete Anwendungen. Besonders vielversprechend ist die Kombination mit kompakten Fusionsreaktoren, wie sie etwa von Start-ups wie Commonwealth Fusion Systems verfolgt werden. Auch in der medizinischen Bildgebung könnten die Magnete MRT-Geräte kleiner und günstiger machen. Die ETH-Forscher arbeiten bereits an der nächsten Generation ihrer Magnete, die noch höhere Feldstärken erreichen sollen.