Magnet kekal-- Tatasusunan Halbach

Tatasusunan Halbach ialah susunan khusus bagi siri magnet kekal. Tatasusunan mempunyai corak kemagnetan yang berputar secara ruang yang membatalkan medan pada satu sisi, tetapi meningkatkannya pada sisi yang lain. Kelebihan utama tatasusunan Halbach ialah ia boleh menghasilkan medan magnet yang kuat pada satu sisi sambil mencipta medan sesat yang sangat kecil pada sisi bertentangan. Kesan ini paling baik difahami dengan memerhatikan taburan fluks magnet.

Jalur bahan feromagnetik (bahan yang boleh dimagnetkan secara kekal) dengan kemagnetan berselang-seli digabungkan supaya medan magnet menjajar di atas satah struktur komposit, manakala di bawah struktur medan berada dalam arah yang bertentangan dan membatalkan. Lebih tepat lagi, komponen kemagnetan berselang-seli ialah p/2 atau 90okeluar fasa.

Dalam kes yang ideal, ditunjukkan di atas, superposisi ini akan menghasilkan medan di atas satah yang dua kali lebih besar seolah-olah struktur itu dimagnetkan secara seragam, dan tiada medan di bawah satah. Walau bagaimanapun, pada hakikatnya kes yang ideal tidak pernah diperhatikan dan medan yang sangat kecil dihasilkan di bahagian bawah. Susunan ini boleh diteruskan tanpa had untuk menghasilkan tatasusunan yang besar.

Struktur "fluks satu sisi" ini mula-mula ditemui oleh John C. Mallinson pada tahun 1973, yang menyifatkannya sebagai "rasa ingin tahu" yang berpotensi untuk meningkatkan teknologi rakaman pita magnetik. Walau bagaimanapun, potensi sebenar mereka tidak direalisasikan sehingga tahun 1980-an, apabila ahli fizik Berkley Klaus Halbach secara bebas menemui semula fenomena magnet ini dan mencipta tatasusunan Halbach untuk digunakan dalam pemecut zarah. Halbach menghasilkan tatasusunan menggunakan kobalt bahan feromagnetik untuk menjana medan magnet yang kuat untuk memfokus dan mengemudi rasuk pemecut zarah.

Tatasusunan Halbach kini mempunyai banyak aplikasi dan digunakan dalam pelbagai sistem dengan kerumitan yang berbeza-beza. Salah satu aplikasi termudah tatasusunan Halbach adalah dalam magnet peti sejuk. Dalam kes ini, sifat fluks sebelah pihak dieksploitasi untuk meningkatkan kuasa pegangan magnet. Tatasusunan boleh ubah rod magnet juga boleh digabungkan untuk mencipta sistem penguncian mudah. Jika kemagnetan rod disusun supaya medan dimaksimumkan di atas satah dan diminimumkan di bawahnya, kurungan fluks boleh dibalikkan dengan memutar setiap rod 90o.

Contoh yang lebih maju bagi tatasusunan Halbach dalam tindakan adalah di trek kereta api Maglev atau Inductrack, di mana pengangkatan magnet digunakan untuk menyokong gerabak. Susunan magnet mengangkat kereta api pada jarak yang kecil di atas trek dan boleh menyokong berat sehingga 50 kali ganda berat magnet. Operasi adalah berdasarkan prinsip induksi; apabila tatasusunan dilalui ke atas gegelung trek logam, variasi dalam medan magnet mendorong voltan dalam trek. Laluan itu kemudiannya mencipta medan magnetnya sendiri dan, sama seperti apabila anda cuba menolak kedua-dua kutub seperti magnet bar bersama-sama, apabila medan ini sejajar dengan medan yang dihasilkan oleh susunan Halbach, tolakan menyebabkan kereta api melayang. Kereta api Maglev tidak mengalami banyak daya geseran yang memperlahankan kereta api beroda tradisional dan mampu menyediakan pengangkutan berkelajuan tinggi. Malah, sistem kereta api SCMaglev Jepun, yang mencapai 361 mph pada tahun 2003, kini memegang Rekod Dunia Guinness untuk pengangkutan kereta api terpantas.

Tatasusunan Halbach juga digunakan dalam eksperimen saintifik lanjutan seperti synchrotron dan laser elektron bebas (FEL), di mana ia dikenali sebagai 'wigglers' Halbach. FEL mempunyai julat frekuensi yang sangat luas dan sangat boleh disesuaikan, dan digunakan dalam banyak aplikasi dari perubatan hingga ketenteraan. Wiggler Halbach ialah salah satu komponen teras FEL, di mana medan magnet tatasusunan digunakan untuk 'menggoyang' secara berkala pancaran zarah bercas (biasanya elektron). Kesan goyang menyebabkan perubahan arah dan oleh itu perubahan dalam pecutan zarah. Ini seterusnya membawa kepada pancaran sinaran sinkrotron berintensiti tinggi (foton) apabila digabungkan dengan sumber laser luaran.

Ia juga mungkin untuk mencipta silinder dan cincin Halbach, di mana medan magnet kuat di dalam cincin atau silinder tetapi boleh diabaikan di luar, atau sebaliknya bergantung pada susunan magnet. Struktur ini biasanya digunakan untuk motor AC tanpa berus, di mana medan sesat secara tradisional boleh mengurangkan tork dan kecekapan. Walau bagaimanapun, kerana silinder Halbach secara intrinsik dilindungi oleh strukturnya, dengan hampir semua fluks terkandung di dalam bahagian tengah, ia dapat mengelakkan masalah ini dan menghasilkan tork yang lebih tinggi.