Hva om du kunne reise fra New York til Los Angeles på i underkant av syv timer uten å gå ombord på et fly? Det kan være mulig på et Maglev-tog.
Maglev – forkortelse for magnetisk levitasjon – tog kan spore sine røtter til teknologi som var banebrytende på Brookhaven National Laboratory. James Powell og Gordon Danby fra Brookhaven mottok det første patentet på en magnetisk levitert togdesign på slutten av 1960-tallet. Ideen kom til Powell da han satt i en trafikkork og tenkte at det måtte være en bedre måte å reise på land enn biler eller tradisjonelle tog. Han drømte ideen om å bruke superledende magneter for å sveve en togbil. Superledende magneter er elektromagneter som avkjøles til ekstreme temperaturer under bruk, noe som dramatisk øker kraften til magnetfeltet.
Det første kommersielt opererte høyhastighets superledende Maglev-toget åpnet i Shanghai i 2004, mens andre er i drift i Japan og Sør-Korea. I USA utforskes en rekke ruter for å koble sammen byer som Baltimore og Washington, D.C.
I Maglev suspenderer superledende magneter en togbil over en U-formet betongvei. I likhet med vanlige magneter frastøter disse magnetene hverandre når matchende stolper vender mot hverandre.
«En Maglev-togbil er bare en boks med magneter i de fire hjørnene, «sier Jesse Powell, sønn av Maglev-oppfinneren, som nå jobber med faren. Det er litt mer komplisert enn det, men konseptet er enkelt. Magnetene som brukes er superledende, noe som betyr at når de blir avkjølt til mindre enn 450 grader Fahrenheit under null, de kan generere magnetfelt opptil 10 ganger sterkere enn vanlige elektromagneter, nok til å suspendere og drive et tog.
Disse magnetfeltene samhandler med enkle metallsløyfer satt inn i betongveggene til Maglev-føringsløyfene. Sløyfene er laget av ledende materialer, som aluminium, og når et magnetfelt beveger seg forbi, skaper det en elektrisk strøm som genererer et annet magnetfelt.
Tre typer løkker er satt inn i føringsveien med bestemte intervaller for å utføre tre viktige oppgaver: en c reates et felt som får toget til å sveve omtrent 5 inches over føringsveien; et sekund holder toget stabilt horisontalt. Begge sløyfene bruker magnetisk frastøting for å holde togvognen på det optimale stedet; jo lenger den kommer fra midten av føringsveien eller jo nærmere bunnen, desto mer magnetisk motstand skyver den tilbake på sporet.
Det tredje settet med sløyfer er et fremdriftssystem som drives av vekselstrøm. Her brukes både magnetisk tiltrekning og frastøt for å flytte togvognen langs føringsveien. Tenk deg esken med fire magneter – en i hvert hjørne. De fremre hjørnene har magneter med nordpoler vendt ut, og de bakre hjørnene har magneter med sørpoler utover. Elektrifisering av fremdriftssløyfene genererer magnetfelt som både trekker toget fremover og skyver det bakfra.
Denne flytende magnetdesignen skaper en jevn tur. Selv om toget kan reise opptil 375 miles i timen, opplever en rytter mindre turbulens enn på tradisjonelle stålhjulstog fordi den eneste friksjonskilden er luft.
En annen stor fordel er sikkerhet. Maglev-tog «kjøres» av den elektriske føringsveien. To tog som kjører på samme rute, kan ikke ta igjen og krasje inn i hverandre fordi de alle blir drevet for å bevege seg i samme hastighet. Tilsvarende kan tradisjonelle togspor som oppstår på grunn av sving for raskt kan ikke skje med Maglev. Jo lenger et Maglev-tog kommer fra sin normale posisjon mellom føringsveggene, jo sterkere blir magnetkraften som skyver det på plass igjen.
Denne kjernefunksjonen er det som er mest spennende til Jesse Powell. «Med Maglev er det ingen sjåfør. Kjøretøyene må bevege seg dit nettverket sender dem. Det er grunnleggende fysikk. Så nå som vi har datalgoritmer for ruting av ting veldig effektivt, kan vi endre planleggingen av hele nettverket på farten. Det fører til et mye mer fleksibelt transportsystem i fremtiden, ”sa han.
Selv om denne spennende teknologien ikke blir distribuert i USA i dag, hvis Powell og teamet hans får sin vei, kan du en dag flyte deg til neste destinasjon.
Redaktørens Merk: Dette innlegget ble skrevet av en vitenskapsforfatter ved Brookhaven National Laboratory, en av Department of Energys 17 National Labs.