China erzielt stärkstes stabiles Magnetfeld mit vollständig supraleitendem Magneten

China hat mit einem Magneten, der vollständig aus supraleitenden Materialien besteht, ein dauerhaftes Magnetfeld erzeugt, das 700.000-mal stärker als das Erdmagnetfeld ist. Damit wurde das bislang stärkste stabile Feld dieser Art erreicht.

Diese anhaltende Leistung macht extreme Magnetfelder von einem kurzen Laboreffekt zu einer kontrollierbaren Größe, mit der Forschende verlässlich planen und arbeiten können.

Rekordmagnet für Nutzende

Im Synergetic Extreme Condition User Facility in Peking (SECUF) erzeugte der Magnet dieses Feld in einer 1,4 Zoll (3,6 Zentimeter) großen Öffnung, die für echte Experimente ausgelegt ist.

Ingenieurinnen und Ingenieure der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) entwickelten und betrieben das System so, dass es diese Feldstärke zuverlässig bereitstellt. Dabei bestätigten sie, dass das Feld ohne Instabilität aufrechterhalten werden kann.

Anders als frühere Versuche mit hohen Magnetfeldern, die nur kurzzeitig Spitzenwerte erreichten, hielt dieser Magnet seine Rekordintensität unter kontrollierten Bedingungen für eine wiederholte Nutzung.

Diese Stabilität schafft die Grundlage, um nachzuvollziehen, wie eine derartige Feldstärke technisch erreicht wurde und welche Grenzen weiterhin bestehen.

Der Nutzen gleichbleibender Leistung

Die meisten Rekordmagnete erreichen ihren Höchstwert nur für einige Sekunden und verlieren danach an Stärke, was sorgfältige wissenschaftliche Messungen einschränkt.

Ein konstantes Feld erlaubt Messgeräten, schwache Signale zu erfassen und Störgeräusche herauszufiltern, wodurch die Ergebnisse verlässlicher werden.

SECUF versteht die Anlage als Nutzermagneten – also als gemeinsam verwendbaren Magneten, der externen Gruppen für geplante Experimente offensteht.

Diese Zugänglichkeit zwingt die Entwicklungsteams dazu, wiederholbare Durchläufe einzuplanen, statt lediglich einen spektakulären einzelnen Labormoment zu erzielen.

Wie Supraleiter helfen

Herkömmliche Metalldrähte erwärmen sich, wenn Strom durch sie fließt, und diese Erwärmung begrenzt die mögliche Magnetfeldstärke.

Ein Supraleiter – ein Material, das Strom ohne Widerstand leitet – vermeidet diese Wärmeentwicklung und ermöglicht wesentlich höhere Ströme.

Niedrige Temperaturen halten das Material in diesem besonderen Zustand, sodass der Magnet ohne unnötigen Stromverlust betrieben werden kann.

Dennoch bringen starke Felder die Materialien nahe an ihre Belastungsgrenze, und bereits eine einzige Schwachstelle kann eine rasche Abschaltung auslösen.

Im Inneren des Spulenaufbaus

Um Rekordfelder zu erzielen, platzierten die Konstrukteurinnen und Konstrukteure eine kleinere Einsatzspule innerhalb einer größeren äußeren Spule.

Die innere Spule bestand aus einem Hochtemperatursupraleiter, also einem Supraleiter, der bei höheren kryogenen Temperaturen funktioniert, und erhöhte die Feldstärke zusätzlich.

Darum herum führten konventionellere supraleitende Spulen den Hauptstrom und trugen dazu bei, das Feld über die Bohrung hinweg gleichmäßig zu halten.

Dieser mehrschichtige Aufbau ermöglicht es jedem Material, seine jeweiligen Stärken auszuspielen, erschwert jedoch zugleich Kühlung und Schutzmechanismen.

Wenn Spulen unter Belastung stehen

Mit zunehmender Feldstärke pressen und verdrehen magnetische Kräfte die Spulen und belasten Metall, Isolierung sowie Tragstrukturen.

Die hohen Anforderungen an Stärke, Stabilität und Homogenität machten den gesamten Bau zu einer fachübergreifenden Aufgabe.

Wang Qiuliang, ein auf Hochfeld-Magnetentwicklung spezialisierter CAS-Forscher, verwies auf die Herausforderungen des Projekts.

„Die Entwicklung supraleitender Hochfeldmagnete erfordert jedoch interdisziplinäre Integration und ist mit zahlreichen technischen Engpässen verbunden, während die Anforderungen an Feldstärke, Stabilität und Homogenität außerordentlich hoch sind“, sagte Wang.

Schon ein einzelner Riss oder ein warmer Bereich kann eine schnelle Abschaltung verursachen und die gespeicherte Energie als Wärme freisetzen.

Fusion braucht Einschluss

Bei Fusionsexperimenten wird ein Gas zu Plasma erhitzt, einer Mischung geladener Teilchen, die durch Magnete von den Wänden ferngehalten werden muss.

Im September 2025 hielt ein Team in Hefei 351.000 Gauß beziehungsweise 35,1 Tesla für 30 Minuten stabil und übertraf damit 323.500 Gauß.

Verglichen mit dem Erdmagnetfeld von rund 0,5 Gauß zeigte dieser Lauf, wie weit die Magnetentwicklung inzwischen gekommen ist.

Hohe Felder wie diese machen Fusionskonzepte praktikabler, erfordern jedoch weiterhin Kühlsysteme, die jederzeit zuverlässig arbeiten.

Stärkere Magnete, präzisere Daten

Leistungsstärkere Magnete verbessern auch Geräte zur Untersuchung von Materie, insbesondere Instrumente, die kleinste Signale von Atomen und Molekülen auswerten.

Bei der Kernspinresonanz – einer Methode zur Untersuchung von Molekülen in einem starken Magnetfeld – trennen höhere Feldstärken Signale, die sich sonst überlagern würden.

Deutlichere Spektren helfen Chemikerinnen, Chemikern, Biologinnen und Biologen dabei, komplexe Strukturen zu entschlüsseln, was für die Materialforschung und Arzneimittelentwicklung wichtig ist.

Da der neue Magnet ein Nutzersystem ist, können diese Vorteile über ein einzelnes Labor mit seltenen Geräten hinausreichen.

Magnetismus in Bewegung

Hochfeldmagnete unterstützen die Forschung an elektrischen Maschinen, die weniger Energie verlieren – von Motoren bis zu kompakten Generatoren.

Supraleitende Spulen können in geringem Raum enorme Ströme transportieren, wodurch Ingenieurinnen und Ingenieure mehr Leistung in leichtere Geräte integrieren können.

Auch Magnetschwebebahnen und manche Raumfahrtantriebe sind auf starke Felder angewiesen, die unter Belastung berechenbar bleiben.

Ob sich solche Technologien praktisch durchsetzen, hängt von Kosten und Zuverlässigkeit ab, da große Magnete in der Nähe von Menschen und Maschinen sicher betrieben werden müssen.

Skalierung der Technologie

Für noch höhere Felder werden leistungsfähigere Leiter und robustere Stützstrukturen erforderlich sein, weil die Kräfte beim Hochskalieren von Magneten rasch zunehmen.

Die am Projekt beteiligten Teams haben bereits ein nächstes Ziel von 40 Tesla bei einer größeren Bohrung genannt.

Niedrigere Betriebskosten werden ebenso wichtig sein, weil Kühlung und Stromregelung den Großteil des Budgets für den Nutzerzugang bestimmen.

Jede Verbesserung verwandelt einen Hochfeldmagneten von einer Schlagzeile in ein Gerät, auf das sich andere Forschende täglich verlassen können.

Wohin die Entwicklung führt

Chinas jüngster vollständig supraleitender Magnet zeigt, wie stabile und für Nutzende verfügbare Felder aus spezialisierten Einrichtungen in gemeinsam genutzte Forschungszentren übergehen können.

Wenn es den Entwicklungsteams gelingt, die Öffnung zu vergrößern und die Kosten niedrig zu halten, könnte derselbe Ansatz neue Forschung und energieeffizientere Maschinen ermöglichen.

Foto: Xinhua/Wu Huijun.