Wat als u in iets minder dan zeven uur van New York naar Los Angeles zou kunnen reizen zonder aan boord van een vliegtuig te gaan? Het zou mogelijk kunnen zijn op een Maglev-trein.
Maglev – een afkorting van magnetische levitatie – treinen kunnen hun oorsprong vinden in de technologie die in het Brookhaven National Laboratory is ontwikkeld. James Powell en Gordon Danby uit Brookhaven ontvingen eind jaren zestig het eerste patent voor een magnetisch zwevend treinontwerp. Het idee kwam bij Powell toen hij in de file zat en dacht dat er een betere manier moest zijn om over land te reizen dan autos of traditionele treinen. Hij bedacht het idee om supergeleidende magneten te gebruiken om een treinwagon te laten zweven. Supergeleidende magneten zijn elektromagneten die tijdens gebruik tot extreme temperaturen worden gekoeld, waardoor de kracht van het magnetische veld dramatisch toeneemt.
De eerste commercieel geëxploiteerde supergeleidende hogesnelheidstrein met hoge snelheid werd in 2004 in Shanghai geopend, terwijl andere in Japan en Zuid-Korea in gebruik zijn. In de Verenigde Staten wordt een aantal routes verkend om steden als Baltimore en Washington D.C. met elkaar te verbinden.
In Maglev hangen supergeleidende magneten een treinwagon boven een U-vormige betonnen leibaan. Net als gewone magneten stoten deze magneten elkaar af wanneer bijpassende palen tegenover elkaar staan.
“Een Maglev-treinwagon is gewoon een doos met magneten op de vier hoeken ”, zegt Jesse Powell, de zoon van de Maglev-uitvinder, die nu samenwerkt met zijn vader. Het is een beetje ingewikkelder dan dat, maar het concept is simpel. De gebruikte magneten zijn supergeleidend, wat betekent dat wanneer ze worden gekoeld tot minder dan 450 graden Fahrenheit onder nul, kunnen ze magnetische velden genereren die tot 10 keer sterker zijn dan gewone elektromagneten, genoeg om een trein op te schorten en voort te bewegen.
Deze magnetische velden werken samen met eenvoudige metalen lussen die in de betonnen muren van de Maglev-geleiding. De lussen zijn gemaakt van geleidende materialen, zoals aluminium, en wanneer een magnetisch veld voorbij beweegt, ontstaat er een elektrische stroom die een ander magnetisch veld opwekt.
Drie soorten lussen worden op specifieke intervallen in de geleidebaan geplaatst om drie belangrijke taken uit te voeren: een c reates een veld waardoor de trein ongeveer 5 inch boven de geleidebaan zweeft; een tweede houdt de trein horizontaal stabiel. Beide lussen gebruiken magnetische afstoting om de treinwagon op de optimale plek te houden; hoe verder het van het midden van de geleidebaan komt of hoe dichter bij de bodem, hoe meer magnetische weerstand het terug op het spoor duwt.
De derde reeks lussen is een voortstuwingssysteem dat wordt aangedreven door wisselstroom. Hier worden zowel magnetische aantrekking als afstoting gebruikt om de treinwagon langs de geleidebaan te verplaatsen. Stel je de doos voor met vier magneten – één op elke hoek. De voorste hoeken hebben magneten met de noordpolen naar buiten gericht, en de achterste hoeken hebben magneten met de zuidpolen naar buiten gericht. Het elektrificeren van de voortstuwingslussen genereert magnetische velden die de trein zowel van voren naar voren als van achteren naar voren duwen.
Dit ontwerp met zwevende magneet zorgt voor een soepele trip. Hoewel de trein tot 375 mijl per uur kan rijden, ervaart een berijder minder turbulentie dan op traditionele treinen met stalen wielen, omdat de enige bron van wrijving lucht is.
Een ander groot voordeel is veiligheid. Maglev-treinen worden aangedreven door de aangedreven geleidebaan. Twee treinen die dezelfde route rijden, kunnen elkaar niet inhalen en tegen elkaar botsen, omdat ze allemaal worden aangedreven om met dezelfde snelheid te rijden. Evenzo kunnen traditionele treinontsporingen die optreden als gevolg van het nemen van bochten te snel kan niet gebeuren met Maglev. Hoe verder een Maglev-trein van zijn normale positie tussen de wanden van de geleidebaan komt, hoe sterker de magnetische kracht wordt die hem terug op zijn plaats duwt.
Dit kernkenmerk is het meest opwindende tegen Jesse Powell. Bij Maglev is er geen chauffeur. De voertuigen moeten zich verplaatsen waar het netwerk ze naartoe stuurt. Dat is basisfysica. Dus nu we computeralgoritmen hebben om dingen heel efficiënt te routeren, kunnen we de planning van het hele netwerk in een oogwenk wijzigen. Het leidt tot een veel flexibeler transportsysteem in de toekomst, ”zei hij.
Hoewel deze opwindende technologie vandaag de dag niet in de Verenigde Staten wordt toegepast, zou je op een dag naar je volgende bestemming kunnen zweven als Powell en zijn team hun zin krijgen.
Editors Opmerking: dit bericht is geschreven door een wetenschapsschrijver van het Brookhaven National Laboratory, een van de 17 National Labs van het Department of Energy.