Hvad hvis du kunne rejse fra New York til Los Angeles på knap syv timer uden at gå ombord på et fly? Det kunne være muligt på et Maglev-tog.
Maglev – forkortelse for magnetisk levitation – tog kan spore deres rødder til teknologi, der er banebrydende på Brookhaven National Laboratory. James Powell og Gordon Danby fra Brookhaven modtog det første patent på et magnetisk leviteret togdesign i slutningen af 1960erne. Ideen kom til Powell, da han sad i en trafikprop og tænkte, at der måtte være en bedre måde at rejse på land end biler eller traditionelle tog. Han drømte ideen om at bruge superledende magneter til at svæve en togvogn. Superledende magneter er elektromagneter, der afkøles til ekstreme temperaturer under brug, hvilket dramatisk øger kraften i magnetfeltet.
Det første kommercielt betjente højhastighedssuperledende Maglev-tog åbnede i Shanghai i 2004, mens andre er i drift i Japan og Sydkorea. I USA undersøges en række ruter for at forbinde byer som Baltimore og Washington, D.C.
I Maglev suspenderer superledende magneter en togvogn over en U-formet betonvej. Ligesom almindelige magneter frastøder disse magneter hinanden, når matchende poler vender mod hinanden.
“En Maglev-togvogn er bare en kasse med magneter på de fire hjørner, “siger Jesse Powell, søn af Maglev-opfinderen, der nu arbejder med sin far. Det er lidt mere komplekst end det, men konceptet er simpelt. De anvendte magneter er superledende, hvilket betyder, at når de er afkølet til mindre end 450 grader Fahrenheit under nul, de kan generere magnetfelter op til 10 gange stærkere end almindelige elektromagneter, nok til at suspendere og drive et tog.
Disse magnetfelter interagerer med enkle metalliske sløjfer indstillet i betonvæggene på Maglev-føringsbanen. Sløjferne er lavet af ledende materialer, som aluminium, og når et magnetfelt bevæger sig forbi, skaber det en elektrisk strøm, der genererer et andet magnetfelt.
Tre typer sløjfer indstilles i føringsvejen med bestemte intervaller for at udføre tre vigtige opgaver: en c gentager et felt, der får toget til at svæve ca. 5 tommer over føringsvejen; et sekund holder toget stabilt vandret. Begge sløjfer bruger magnetisk frastødning for at holde togvognen på det optimale sted; jo længere den kommer fra midten af føringsvejen eller jo tættere på bunden, jo mere magnetisk modstand skubber den tilbage på sporet.
Det tredje sæt løkker er et fremdrivningssystem, der drives af vekselstrøm. Her bruges både magnetisk tiltrækning og frastødning til at flytte togvognen langs føringsvejen. Forestil dig kassen med fire magneter – en i hvert hjørne. De forreste hjørner har magneter med nordpoler vendt udad, og de bageste hjørner har magneter med sydpoler udad. Elektrificering af fremdriftssløjfer genererer magnetfelter, der både trækker toget fremad og skubber det frem bagfra.
Dette flydende magnetdesign skaber en jævn tur. Selvom toget kan rejse op til 375 miles i timen, oplever en rytter mindre turbulens end på traditionelle stålhjultog, fordi den eneste friktionskilde er luft.
En anden stor fordel er sikkerhed. Maglev-tog “køres” af den elektriske vejbane. To tog, der kører på den samme rute, kan ikke komme i stå og kollidere med hinanden, fordi de alle får strøm til at bevæge sig i samme hastighed. Tilsvarende traditionelle togspor, der opstår på grund af sving for hurtigt kan det ikke ske med Maglev. Jo længere et Maglev-tog kommer fra sin normale position mellem føringsveggene, jo stærkere bliver magnetkraften, der skubber det tilbage på plads.
Denne kerneegenskab er det, der er mest spændende til Jesse Powell. ”Med Maglev er der ingen chauffør. Køretøjerne skal bevæge sig, hvor netværket sender dem. Det er grundlæggende fysik. Så nu hvor vi har computeralgoritmer til routing af ting meget effektivt, kunne vi ændre planlægningen af hele netværket på farten. Det fører til et langt mere fleksibelt transportsystem i fremtiden, ”sagde han.
Selvom denne spændende teknologi ikke implementeres i USA i dag, hvis Powell og hans team kommer deres vej, kan du en dag svæve dig frem til din næste destination.
Redaktørens Bemærk: Dette indlæg blev skrevet af en videnskabsforfatter på Brookhaven National Laboratory, et af Department of Energys 17 National Labs.