Arranjos de ímãs permanentes rivalizam com ímãs supercondutores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/07/2025

Sistema magn�tico "focalizado", composto por dois an�is empilhados, cada um com 16 �m�s de FeNdB de 20 mm cada. O di�metro interno � de 160 mm e o campo magn�tico de 20 mT apresenta uma homogeneidade de aproximadamente 5 por mil em um volume esf�rico com di�metro de 50 mm.
[Imagem: Peter Bl�mler]

Campos magn�ticos homog�neos

Pegue um �m� permanente e voc� disp�e prontamente de um campo magn�tico. Mas tente us�-lo para construir um motor eficiente e voc� logo descobrir� que precisa de um campo magn�tico o mais homog�neo poss�vel. Tente fazer coisas ainda mais complicadas e voc� ver� que tamb�m precisa de campos magn�ticos homog�neos em todos os planos.

O melhor que poder�amos conseguir fazer hoje seria conhecido como arranjo Halbach, um modo de disposi��o dos �m�s permanentes que cria um campo magn�tico muito forte e concentrado de um lado, ao mesmo tempo minimizando ou at� anulando o campo magn�tico do lado oposto. S� tem um problema: Klaus Halbach (1925-2000) tornou seu arranjo verdadeiramente �timo apenas para �m�s infinitamente longos e, portanto, irrealiz�veis - s� podemos nos aproximar do seu "�timo", nunca alcan��-lo.

Mas j� temos uma solu��o melhor, gra�as ao trabalho de Ingo Rehberg (Universidade de Bayreut) e Peter Blumler (Universidade Johannes Gutenberg de Mainz).

A dupla criou e validou experimentalmente uma abordagem inovadora para gerar campos magn�ticos homog�neos usando �m�s permanentes, superando o arranjo cl�ssico de Halbach ao gerar campos magn�ticos de intensidades mais forte e melhor homogeneidade em configura��es compactas e de tamanho finito - ou seja, pr�ticas.

Foto de todos os modelos constru�dos.
[Imagem: Rehberg/Bl�mler - 10.1103/9nnk-jytn]

Arranjos de campos magn�ticos

Rehberg e Blumler desenvolveram arranjos tridimensionais �timos de �m�s muito compactos partindo de dipolos pontuais - em vez de linhas, como normalmente se faz. Como o objetivo s�o as aplica��es pr�ticas, eles investigaram, entre outras coisas, a orienta��o �tima dos �m�s para duas geometrias relevantes para o uso pr�tico: Um anel simples e um anel duplo empilhado.

Um outro arranjo, que eles chamaram de "focalizado", permitiu ainda a gera��o de campos homog�neos fora do plano do �m� - por exemplo, em um objeto posicionado acima dos �m�s.

Para validar experimentalmente seus projetos, a dupla construiu matrizes magn�ticas a partir de 16 �m�s c�bicos de ferro-boro-neod�mio (FeNdB) montados em suportes impressos em 3D. Os campos magn�ticos resultantes foram medidos e comparados com as previs�es te�ricas, revelando uma excelente concord�ncia com os modelos.

Em termos de intensidade e homogeneidade do campo magn�tico, as novas configura��es superam claramente o arranjo cl�ssico de Halbach, bem como suas modifica��es descritas na literatura.

Os novos arranjos de �m�s permanentes comuns poder�o substituir os poderosos �m�s supercondutores.
[Imagem: Rehberg/Bl�mler - 10.1103/9nnk-jytn]

M�ltiplas aplica��es

Os novos arranjos de �m�s s�o adequados para quaisquer aplica��es que exijam campos magn�ticos fortes e homog�neos - e h� in�meros casos assim.

Por exemplo, nas m�quinas de resson�ncia magn�tica, �m�s supercondutores s�o usados para polarizar n�cleos de hidrog�nio nos tecidos do corpo humano. Esses n�cleos s�o ent�o excitados por ondas de r�dio, gerando tens�es mensur�veis por detectores ao redor do corpo. Algoritmos usam esses sinais para calcular imagens transversais detalhadas que permitem distinguir os tipos de tecido com base em propriedades como densidade, teor de �gua ou gordura e difus�o.

No entanto, �m�s supercondutores s�o tecnicamente complexos e extremamente caros, limitando o uso dessa tecnologia t�o �til. � a� que entra este trabalho, apresentando m�todos alternativos para gerar campos magn�ticos homog�neos usando �m�s permanentes comuns.

Outras �reas potenciais de aplica��o, diz a dupla, incluem os aceleradores de part�culas e os sistemas de levita��o magn�tica.

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