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 夜の国立磁気研究所 | |
| ニックネーム | 国立磁気研究所 |
|---|---|
| 設立 | 1994年10月 1日（1994-10-01） |
| 予算 | 4840万ドル |
| 監督 | キャスリーン・M・アム |
| 位置 | 1800 E. Paul Dirac Drive, Tallahassee, Florida 32310, Tallahassee, Florida |
| キャンパス | フロリダ州立大学 |
| 所属団体 | フロリダ州立大学、フロリダ大学、ロスアラモス国立研究所 |
運営機関 | フロリダ州立大学 |
| Webサイト | nationalmaglab.org |
国立高磁場研究所（MagLab ）は、フロリダ州立大学、フロリダ大学、ニューメキシコ州のロスアラモス国立研究所にある施設で 、物理学、生物学、生物工学、化学、地球化学、生化学の分野で磁場研究を行っています。米国で唯一のこのような施設であり[ 1 ]、世界に12か所ある高磁場施設の1つです[ 2 ]。この研究所は、国立科学財団とフロリダ州の支援を受けており、民間企業と共同で活動しています。この施設には、直流磁石棟と核磁気共鳴棟も含まれています。
同研究所は、世界最強の磁石に関する世界記録をいくつか保持しており、その中には45.5テスラという最高磁場も含まれる。[ 3 ]核磁気共鳴分光実験 では、33ショートトン（29ロングトン、30トン）の直列接続ハイブリッド（SCH）磁石が、2016年11月15日にMagLabのエンジニアと科学者によって実施された一連のテスト中に記録を更新し、最大磁場である36テスラに達した。[ 4 ]
1989年、フロリダ州立大学（FSU）、ロスアラモス国立研究所、フロリダ大学は、高磁場における学際的研究を支援する新たな国立研究所の設立案を米国国立科学財団（NSF）に提出した。この計画では、磁場関連の研究、科学技術教育、産業界との連携を支援する連邦政府と州政府のパートナーシップが提案された。その目的は、磁場関連の研究開発における米国の競争力を維持することであった。審査を経て、NSFはFSU主導のコンソーシアムの提案を承認した。
NSF への競合提案で、マサチューセッツ工科大学(MIT) は、アイオワ大学、ウィスコンシン大学マディソン校、ブルックヘブン国立研究所、アルゴンヌ国立研究所とともに、MIT にある既存の世界クラスのフランシス・ビター磁石研究所を改良することを提案した。1990 年 9 月 5 日、MIT の研究者は、全米科学委員会(NSB) の 21 人の委員に決定を「見直し、再検討」するよう求めた。[ 5 ] NSF の助成金で 6,000 万ドルがかかっていたため、MIT は、控訴が棄却された場合、フランシス・ビター研究所を段階的に廃止すると表明した。これは NSF の歴史上初めてのことだった。この要請は 1990 年 9 月 18 日に却下された。[ 6 ]
研究所の設立当初は、インフラ整備、施設建設、教員採用に重点が置かれていた。タラハシーの複合施設は、1994年10月1日に大勢の人々が見守る中、アル・ゴア副大統領を基調講演者として迎え、落成式が行われた。
科学的に裏付けられていない民間の伝説であり、タラハシー住民の間でよく冗談として語られているのは、磁気研究所がタラハシーをハリケーンや悪天候全般から守っているというものである。[ 7 ] [ 8 ]
米国科学財団（NSF）が定めた研究所の使命は、「物理学、化学、材料科学、工学、生物学、地質学など、幅広い分野の利用者が行う科学研究のために、最高レベルの磁場と必要なサービスを提供すること」である。
この研究室は、以下の4つの目標に焦点を当てています。
国立磁気研究所は、研究と学習の統合センターを通じて、科学教育を推進し、科学、工学、科学教師を支援しています。プログラムには、学際的な学習環境におけるメンターシップが含まれます。マグネットアカデミー[ 9 ]を通じて、研究所のウェブサイトは電気と磁気に関する教育コンテンツを提供しています。
国立磁気研究所は、一般公開の月例ツアーも実施しており、毎年約1万人が参加するオープンハウスを開催しています。地元の学校向けに特別なツアーやアウトリーチの機会も提供しています。Skepticality のインタビューでスコット・ハンナ博士は、「2月の第3土曜日にオープンハウスを開催しており、テスラコイルから火花が飛び、地球化学グループでは岩石を溶かし、音速を測定し、レーザーやポテトランチャーなど、さまざまなものを使って小さな科学的原理などを示しています。私たちは集まり、約5,000人が物理学研究所の見学に来てくれます。これは本当に素晴らしい人々の集まりです。」と述べています。[ 10 ]
フロリダ州立大学のタラハシー研究所は、370,000平方フィート（34,000平方メートル）の複合施設で、約300人の教員、職員、大学院生、ポスドク研究員がいます。所長は物理学者のキャスリーン・アムです。[ 11 ] [ 12 ] 主任科学者はローラ・グリーンです。
この施設には、 48メガワットの直流電源に接続された14個の抵抗磁石セルと、磁石によって発生する熱を除去するための15,000平方フィート（1,400平方メートル）の冷却装置があります。この施設には、抵抗磁石と超伝導磁石を組み合わせた45テスラのハイブリッド磁石を含む、いくつかの磁石が設置されています。研究所の41.4テスラの抵抗磁石は、世界で最も強力な直流（連続磁場）抵抗磁石であり[ 13 ]、25テスラのケック磁石は、あらゆる抵抗磁石の中で最も高い均質性を持っています[ 14 ] 。
このプログラムは、溶液および固体NMR分光法、高磁場強度でのMRIおよび拡散測定において幅広いユーザー層にサービスを提供しています。この研究室は、社内および外部のユーザー活動を通じて、高磁場での技術、方法論、およびアプリケーションを開発しています。社内で製造された900 MHz（21.1テスラ）NMR磁石は、直径105 mm（約4インチ）の超広口径を持ち、この超伝導磁石は生体動物のMRI研究において最高の磁場を提供します。[ 15 ]
フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析プログラムは、FT-ICR質量分析の装置および技術開発と応用に取り組んでいます。ディレクターのアラン・G・マーシャルの指導の下、このプログラムはFT-ICR質量分析の技術、装置、および応用を継続的に開発しています。プログラムには、14.5テスラ、104mmボアシステムを含む複数の装置があります。
最も一般的な電子磁気共鳴（EMR）は、電子常磁性共鳴／スピン共鳴（EPR/ESR）です。EPR実験では、印加磁場、微細構造相互作用、および電子-核超微細相互作用によって分裂した電子スピン状態Sのm s準位間の遷移が観測されます。この技術は、化学、生化学、生物学、物理学、材料研究などの分野で応用されています。
磁石科学技術部門は、磁石システムの技術と専門知識の開発を担当しています。これらの磁石プロジェクトには、タラハシーとロスアラモスの拠点向けに高度な磁石システムを構築すること、高磁場磁石の製造能力を向上させるための技術開発において業界と協力すること、そして研究開発を通じて高磁場磁石システムを改良することなどが含まれます。
また、同研究所のフロリダ州立大学本部には、応用超伝導センター（ASC）があり、低温ニオブ系超伝導体と高温銅酸化物（MgB₂ ）系超伝導体の両方について、超伝導の科学技術開発を進めている。ASCは、核融合用磁石、高エネルギー物理学、MRI、送電線や変圧器などへの応用を目指し、これらの超伝導体の研究開発を行っている。
社内研究プログラムは、MagLabの施設を活用して科学技術分野における高磁場研究を推進するとともに、新たな技術や機器の開発を通じて研究所の利用者向けプログラムを推進する。
凝縮系物理学グループの科学者たちは、磁性、量子ホール効果、量子振動、高温超伝導、重いフェルミオン系など、凝縮系物理学の様々な側面に関する研究や実験に注力している。
地球化学研究プログラムは、微量元素と同位体を用いて地球のプロセスと環境を理解することを中心としています。研究対象は、地球と太陽系の時間的進化から、環境的に重要な物質の発生源と輸送に関する局所的な問題まで多岐にわたります。地球化学部門が実施する研究は、地球上および地球外の問題に関わり、陸上および海上探査、宇宙船ミッションを伴います。地球化学部門は、フロリダ州立大学の化学科および海洋学科と共同で、生物地球化学ダイナミクスに関するプログラムを開始しました。
その他のプログラムには、極低温学、光学顕微鏡、量子材料、共鳴超音波分光法などがある。
この研究所には、より一般的で安価な元素を使用して高強度磁性材料を作る新しい方法を研究する材料研究チームもあります。[ 10 ]
ニューメキシコ州のロスアラモス国立研究所にはパルス磁場施設があり、研究者に最大101テスラ（最初は75テスラ、現在は101テスラ）までの非破壊パルス磁場における幅広い測定のための実験能力を提供しています。パルス磁場磁石は高磁場を生成しますが、それはほんの一瞬だけです。研究所はロスアラモスの中心部に位置しています。1999年から2000年にかけて、この施設はユーザーの操作とサポートをより適切に行うために特別に設計された新しい実験ホールに移転しました。このプログラムは、米国で最初で唯一の高パルス磁場ユーザー施設です。[ 16 ]
この施設は、短パルス磁石と長パルス磁石を用いて、最大100テスラまでの幅広い実験機能を提供します。電力は、1.43ギガワットのモーター発電機と5台の64メガワット電源を含むパルス電力インフラから供給されます。1200トンのモーター発電機は、4800ショートトン（4350トン）の慣性ブロックの上に設置されており、そのブロックは60個のバネで支えられ、地震動を最小限に抑えています。このモーター発電機は、パルス磁場研究所の中核を成すものです。
この施設の磁石には、世界で最も強力な制御パルス磁石である60テスラの長パルス磁石（現在修理中）が含まれている。
フロリダ大学には、磁気共鳴画像法（MRI）のユーザー施設があり、高磁場・低温（High B/T）施設では、実験研究のための超低温・超静音環境が提供されています。また、大学の主要分析・計測センターと連携して運営されている新しいナノスケール研究施設では、ナノ構造の作製と特性評価のための施設も利用可能です。
高磁場・低温施設は物理学科のマイクロケルビン研究所の一部であり、磁化、熱力学的量、輸送測定、磁気共鳴、粘度、拡散、圧力の研究のために、最大15.2テスラの高磁場と0.4ミリケルビンの低温を同時に実験する。
この施設は、ベイ1における短時間低磁場能力の高B/Tの世界記録と、高磁場長時間（1週間以上）実験の世界記録を保持しています。[ 17 ]この研究グループは、量子流体および固体に関する共同研究において、その広範さと低温技術（温度測定、NMR、超音波、比熱、試料冷却）の点で世界をリードしています。
高度磁気共鳴イメージングおよび分光プログラムには、タラハシーにある研究所本部の設備を補完する、マグラボのNMRおよびMRIプログラムの設備が含まれています。このプログラムは、フロリダ大学のマクナイト脳研究所にあります。その装置には、1.5 mmの三重共鳴高温超伝導プローブを備えた600 MHz NMR磁石が含まれており、これは世界中のどのプローブよりも最高の13C最適化質量感度を提供します。[ 18 ]
北緯30度25分31秒、西経84度19分15秒/北緯30.425215度、西経84.320915度/北緯30.425215度、西経84.320915度