Uso de un haz de iones para crear un fuerte campo magnético

Question

Considere que quiero crear un campo magnético muy fuerte en algún punto del espacio ( foco ) pero no puedo poner ningún material sólido ( como un conductor metálico, o un superconductor ) cerca de ese punto (por ejemplo, porque hay una temperatura o radiación muy alta, como en algún reactor termonuclear ).

Así que mi idea es que tal vez Se puede utilizar un haz de iones en lugar de un conductor sólido .

El problema es que un haz de iones que simplemente se doblaría en un círculo por un campo magnético homogéneo disminuiría (en lugar de aumentar) el campo dentro del bucle encerrado por el haz. ( Esto sigue mi pregunta anterior . ).

Así que se me ocurre una configuración en la que se crea una cúspide de alto campo magnético entre varios bucles de haces de iones que casi se tocan por fuera. Se ve así:

EDITAR: Descripción de la figura - La curva azul es la trayectoria de las partículas (forma del haz de iones deformado por el campo magnético); el círculo rojo es la bobina electromagnética (por ejemplo, cobre o superconductor); las flechas indican la dirección de la corriente; la marca del círculo con una cruz (X) es el campo magnético que va detrás del plano de la pantalla, el círculo con un punto (.) es el campo magnético que va delante del plano. Las marcas rojas muestran el campo creado por la bobina, el azul muestra el campo creado por el rayo. Las flechas muestran la dirección de la corriente (es decir, la carga positiva por convención). ( NOTA: es evidente que el haz de iones necesitaría un reenfoque y una reaceleración... que puede hacerse, por ejemplo, en el exterior oídos de su trayectoria - esto no se dibuja )

Cuando dos haces con orientación opuesta se acercan, se repelen. En principio utilizo aquí la inercia de las partículas para superar esta repulsión. Por lo tanto, el haz de iones es más adecuado que el haz de electrones para este propósito ( supongo ).

Un punto débil de esta imagen es probablemente que considera sólo la situación en 2D. En 3D sería probablemente muy inestable.

Ahora las preguntas:

1. ¿Funcionará? ( sobre todo teniendo en cuenta que es en 3D )
2. ¿Sabe usted de alguna configuración mejor (de bobinas magnéticas y haces de partículas cargadas) que cree un fuerte campo magnético en algún punto (considerablemente más intenso que la bobina sola)
3. ¿Se utiliza este concepto (crear o intensificar el campo magnético mediante haces de iones) en algún lugar de la práctica?
4. ¿Hay alguna ciencia/teoría sobre este tema?

Answer 1

En principio es una buena idea, pero tiene algunos fallos importantes.

En primer lugar, incluso en 2D, tu esquema es una configuración súper inestable (una pequeña fluctuación la destruiría) y el uso de la repulsión del rayo (carga espacial) en la región interior simplemente no funciona. Si fuera lo suficientemente fuerte como para doblar los haces, ellos mismos se destruirían expulsando un montón de partículas.

Así que consideremos una configuración más simple: disparamos tres haces de alta energía (rígidos) en el lado de un triángulo equilátero y miramos el campo en el centro.

Supongamos que $1~A$ de la corriente del haz que ya es bastante alta, y que los tres haces pasan $1~cm$ lejos del centro. Ahora se puede utilizar Biot-Savart para aproximar el campo magnético generado por las corrientes del rayo (simplemente tomo el campo generado por tres hilos y los sumo):

$$B \approx \frac{\mu_0}{2\pi} \frac{3I}{r} = 60~\mu T$$

Es el mismo orden de magnitud del campo magnético de la Tierra. Te dejo que saques tus conclusiones ;)

La cuestión es que en los imanes superconductores empujamos corrientes del orden de decenas de kiloamperios, y no hay manera de tener corrientes de haz tan fuertes.

Answer 2

No creo que vayas a hacer que esto funcione en 2D. Si ionizas un material magnético y luego haces girar los protones dentro de ese campo, deberías obtener una carga magnética basada en la velocidad de rotación y la densidad de tu campo de iones y el número de protones. El campo tendría que ser una media esfera y se necesitaría una modulación de rotación en ese campo. Se están haciendo magentes súper fuertes utilizando láseres de iones que giran sobre la fusión para aumentar el giro de los protones.