El Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos ( MagLab ) es una instalación de la Universidad Estatal de Florida , la Universidad de Florida y el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, que realiza investigaciones sobre campos magnéticos en física , biología , bioingeniería , química , geoquímica y bioquímica . Es la única instalación de este tipo en los EE. UU. [1] y se encuentra entre las doce [2] instalaciones de alto campo magnético en todo el mundo. El laboratorio cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y el estado de Florida , y trabaja en colaboración con la industria privada.
El laboratorio posee varios récords mundiales por los imanes más fuertes del mundo, incluido el campo magnético más alto de 45,5 Tesla . [3] Para experimentos de espectroscopia de resonancia magnética nuclear , su imán híbrido conectado en serie (SCH) de 33 toneladas cortas (29 toneladas largas; 30 t) rompió el récord durante una serie de pruebas realizadas por ingenieros y científicos de MagLab el 15 de noviembre de 2016, alcanzando su campo completo de 36 Tesla. [4]
En 1989, la Universidad Estatal de Florida (FSU), el Laboratorio Nacional de Los Álamos y la Universidad de Florida presentaron una propuesta a la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) para crear un nuevo laboratorio nacional que apoyara la investigación interdisciplinaria en campos magnéticos elevados. El plan proponía una asociación federal - estatal que prestara servicios a la investigación relacionada con los imanes, la educación científica y tecnológica y la colaboración con la industria. El objetivo era mantener la posición competitiva de los EE. UU. en la investigación y el desarrollo relacionados con los imanes. Tras una competencia de revisión por pares, la NSF aprobó la propuesta del consorcio liderado por la FSU.
En una propuesta competitiva a la NSF, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), junto con la Universidad de Iowa , la Universidad de Wisconsin-Madison , el Laboratorio Nacional de Brookhaven y el Laboratorio Nacional de Argonne , habían sugerido mejorar el Laboratorio Francis Bitter Magnet de clase mundial existente en el MIT. El 5 de septiembre de 1990, los investigadores del MIT pidieron a los 21 miembros del Consejo Nacional de Ciencias (NSB) que "revisaran y reconsideraran" su decisión. [5] Con 60 millones de dólares en juego en la subvención de la NSF, el MIT declaró que eliminaría gradualmente el Francis Bitter Lab si perdía su apelación, la primera de este tipo en la historia de la NSF. La solicitud fue rechazada el 18 de septiembre de 1990. [6]
Los primeros años del laboratorio se dedicaron a establecer la infraestructura, construir las instalaciones y contratar personal docente. El complejo de Tallahassee se inauguró el 1 de octubre de 1994 ante una gran multitud, con el orador principal, el vicepresidente Al Gore .
Una leyenda popular sin respaldo científico y un chiste popular entre los residentes de Tallahassee es que el laboratorio magnético protege a Tallahassee de los huracanes y del clima inclemente en general. [7] [8]
La misión del laboratorio, según lo establecido por la NSF, es: "Proporcionar los campos magnéticos más elevados y los servicios necesarios para la investigación científica realizada por usuarios de una amplia gama de disciplinas, incluidas la física, la química, la ciencia de los materiales, la ingeniería, la biología y la geología".
El laboratorio se centra en cuatro objetivos:
El National MagLab promueve la educación científica y apoya a los profesores de ciencias, ingeniería y ciencias naturales a través de su Centro para la Integración de la Investigación y el Aprendizaje. Los programas incluyen tutorías en un entorno de aprendizaje interdisciplinario. A través de la Magnet Academy, [9] el sitio web del laboratorio ofrece contenido educativo sobre electricidad y magnetismo.
El National MagLab también organiza visitas mensuales abiertas al público y organiza una jornada de puertas abiertas anual con unos 10.000 asistentes. También se ofrecen visitas especiales y oportunidades de divulgación a las escuelas locales. En una entrevista en Skepticality , el Dr. Scott Hannahs dijo: "Si vienes el tercer sábado de febrero, creo que tenemos una jornada de puertas abiertas y tenemos bobinas de Tesla que disparan chispas y fundimos rocas en el grupo de geoquímica y medimos la velocidad del sonido y tenemos láseres y lanzadores de patatas y tenemos todo tipo de cosas que muestran pequeños principios científicos y cosas así. Nos reunimos y tenemos unas 5.000 personas que vienen a visitar un laboratorio de física, lo que es un grupo de gente bastante asombroso". [10]
El laboratorio de Tallahassee en la Universidad Estatal de Florida es un complejo de 370.000 pies cuadrados (34.000 m2) y cuenta con aproximadamente 300 profesores , personal, estudiantes de posgrado y posdoctorado . Su directora es la física Kathleen Amm. [11] [12] Su científica principal es Laura Greene .
La instalación contiene 14 celdas de imán resistivo conectadas a una fuente de alimentación de CC de 48 megavatios y 15.000 pies cuadrados (1.400 m2 ) de equipo de refrigeración para eliminar el calor generado por los imanes. La instalación alberga varios imanes, incluido un imán híbrido de 45 Tesla , que combina imanes resistivos y superconductores. El imán resistivo de 41,4 Tesla del laboratorio es el imán resistivo de CC (campo continuo) más potente del mundo [13] , y el imán Keck de 25 Tesla tiene la mayor homogeneidad de todos los imanes resistivos [14] .
Este programa presta servicio a una amplia base de usuarios en espectroscopia de RMN de estado sólido y en solución, y mediciones de difusión y resonancia magnética en campos magnéticos de alta intensidad. El laboratorio desarrolla tecnología, metodología y aplicaciones en campos magnéticos elevados a través de actividades de usuarios internos y externos. Un imán de RMN de 900 MHz (21,1 Tesla) fabricado internamente tiene un diámetro interior ultra ancho de 105 mm (aproximadamente 4 pulgadas), este imán superconductor tiene el campo más alto para el estudio de resonancia magnética de animales vivos. [15]
El programa de espectrometría de masas por resonancia de ciclotrón iónico con transformada de Fourier participa en el desarrollo de instrumentos y técnicas y aplicaciones de la espectrometría de masas FT-ICR. Bajo la dirección del director Alan G. Marshall , el programa desarrolla continuamente técnicas e instrumentos y aplicaciones de la espectrometría de masas FT-ICR. El programa cuenta con varios instrumentos, incluido un sistema de 14,5 Tesla y 104 mm de diámetro interior.
La forma más común de EMR es la resonancia paramagnética/de espín electrónico (EPR/ESR). En los experimentos de EPR, se observan transiciones entre los subniveles mS de un estado de espín electrónico S que se dividen por el campo magnético aplicado, así como por las interacciones de estructura fina y las interacciones hiperfinas electrón-nucleares. Esta técnica tiene aplicaciones en química, bioquímica, biología, física e investigación de materiales.
La división Magnet Science and Technology se encarga de desarrollar la tecnología y la experiencia para sistemas magnéticos. Estos proyectos magnéticos incluyen la construcción de sistemas magnéticos avanzados para las plantas de Tallahassee y Los Álamos, el trabajo con la industria para desarrollar la tecnología necesaria para mejorar las capacidades de fabricación de imanes de alto campo y la mejora de los sistemas magnéticos de alto campo mediante la investigación y el desarrollo.
También en la sede del laboratorio de la FSU, el Centro de Superconductividad Aplicada promueve la ciencia y la tecnología de la superconductividad tanto para los materiales de baja temperatura basados en niobio como para los de alta temperatura basados en cuprato o MgB 2 . El ASC investiga los superconductores para imanes para fusión, física de alta energía, resonancia magnética y líneas de transmisión de energía eléctrica y transformadores.
El programa de investigación interno utiliza las instalaciones de MagLab para realizar investigaciones de alto nivel en ciencia e ingeniería, al tiempo que avanza en los programas de usuarios del laboratorio mediante el desarrollo de nuevas técnicas y equipos.
Los científicos del grupo de materia condensada se concentran en varios aspectos de la física de la materia condensada , incluidos estudios y experimentos que involucran magnetismo, el efecto Hall cuántico , oscilaciones cuánticas, superconductividad de alta temperatura y sistemas de fermiones pesados.
El programa de investigación en geoquímica se centra en el uso de elementos traza e isótopos para comprender los procesos y el medio ambiente de la Tierra. Los intereses de investigación abarcan desde la evolución química de la Tierra y el Sistema Solar a través del tiempo hasta problemas a escala local sobre las fuentes y el transporte de sustancias de importancia ambiental. Los estudios realizados por la división de geoquímica se refieren a cuestiones terrestres y extraterrestres e implican expediciones terrestres y marítimas y misiones espaciales. Junto con los departamentos de Química y Oceanografía de la FSU, Geoquímica ha iniciado un programa de Dinámica Biogeoquímica.
Otros programas incluyen criogenia, microscopía óptica, materiales cuánticos y espectroscopia ultrasónica resonante.
El laboratorio también cuenta con un equipo de investigación de materiales que investiga nuevas formas de fabricar materiales magnéticos de alta resistencia utilizando elementos más comunes y más baratos. [10]
El Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Nuevo México , alberga la Instalación de Campo Pulsado, que ofrece a los investigadores capacidades experimentales para una amplia gama de mediciones en campos pulsados no destructivos de hasta 101 Tesla (75 T en la actualidad y 101 T en reparación). Los imanes de campo pulsado crean campos magnéticos altos, pero solo durante fracciones de segundo. El laboratorio está ubicado en el centro de Los Álamos. En 1999-2000, la instalación se trasladó a una nueva Sala Experimental especialmente diseñada para acomodar mejor las operaciones y el soporte de los usuarios. El programa es la primera y única instalación de campo pulsado alto para usuarios en los Estados Unidos.
La instalación ofrece una amplia variedad de capacidades experimentales de hasta 100 Tesla, utilizando imanes de pulsos cortos y largos. La energía proviene de una infraestructura de energía pulsada que incluye un generador de motor de 1,43 gigavatios y cinco fuentes de alimentación de 64 megavatios. El generador de motor de 1200 toneladas se asienta sobre un bloque de inercia de 4800 toneladas cortas (4350 t) que reposa sobre 60 resortes para minimizar los temblores de tierra y es la pieza central del Laboratorio de Campo Pulsado.
Los imanes de la instalación incluyen un imán de pulso largo de 60 Tesla (en reparación) que es el imán de pulso controlado más potente del mundo.
La Universidad de Florida cuenta con instalaciones para usuarios en el campo de la resonancia magnética (MRI) con un entorno ultrasilencioso y de temperatura ultrabaja para estudios experimentales en la Instalación de Alto Campo Magnético/Baja Temperatura (High B/T). También hay instalaciones disponibles para la fabricación y caracterización de nanoestructuras en una nueva instalación de investigación a nanoescala que funciona en conjunto con el Centro de Instrumentación y Análisis Principal de la universidad.
La Instalación de Alto B/T es parte del Laboratorio Microkelvin del Departamento de Física y realiza experimentos en campos magnéticos altos de hasta 15,2 Tesla y a temperaturas tan bajas como 0,4 mK simultáneamente para estudios de magnetización, cantidades termodinámicas, mediciones de transporte, resonancia magnética, viscosidad, difusión y presión.
La instalación posee récords mundiales de alto B/T en la Bahía 1 para capacidades de campo bajo a corto plazo y récords mundiales para experimentos de campo alto de largo plazo (> 1 semana). [16] El grupo de investigación es líder mundial en estudios colectivos de fluidos y sólidos cuánticos en términos de amplitud y técnicas de baja temperatura (termometría, RMN, ultrasonido, capacidad térmica, enfriamiento de muestras).
El programa de espectroscopia e imágenes por resonancia magnética avanzadas incluye instalaciones para el programa de resonancia magnética nuclear y resonancia magnética nuclear del laboratorio magnético que complementan las instalaciones de la sede del laboratorio en Tallahassee. El programa está ubicado en el Instituto del Cerebro McKnight de la Universidad de Florida. Sus instrumentos incluyen un imán de resonancia magnética nuclear de 600 MHz con una sonda superconductora de alta temperatura y triple resonancia de 1,5 mm, que ofrece la mayor sensibilidad de masa optimizada para 13C de todas las sondas del mundo. [17]
30°25′31″N 84°19′15″O / 30.425215, -84.320915