خاصیت مغناطیسی آهنرباها عاملی ویژه است که امروزه از آن در بسیاری از صنایع استفاده می کنند. به همین دلیل در حال حاضر استفاده از دستگاه های مغناطیسی جدا کننده مانند درام مگنت ، پولی مگنت و صفحات مغناطیسی بسیار رونق گرفته است؛ زیرا علاوه بر افزایش سرعت جدا سازی، راندمان خلوط مواد جدا شده را نیز افزایش می دهند. تله مغناطیسی یا تراپ مگنت نیز وسیله دیگری است که در آن از خاصیت مغناطیسی برای جدا سازی برخی مواد استفاده می شود. در ادامه بیشتر با این دستگاه آشنا خواهیم شد.

تله مغناطیسی چیست؟

تله مغناطیسی یا تراپ مگنت دستگاهی است که در آن با استفاده از یک شیب میدان مغناطیسی، ذرات خنثی را با ایجاد گشتاور و نیروی مغناطیسی به دام می اندازد.

از این تله های مغناطیسی برای اهداف مختلفی در تحقیقات مربوط به علم فیزیک استفاده می شود؛ اما بیشترین کاربرد آن ها در مرحله آخر خنک کنندگی اتم ها برای دستیابی به تراکم بوز- اینشتین است.

البته گاهی در ابعاد بزرگ و قوی برای جدا سازی برخی مواد دارای خاصیت فلزی نیز استفاده می شود. این دستگاه و روش استفاده از آن برای اولین بار توسط فردی به نام دیوید ای پریچارد در علم فیزیک ارائه شد.

نحوه عملکرد تله مغناطیسی در علم فیزیک

بسیاری از اتم ها دارای یک خاصیت مغناطیسی به صورت لحظه ای هستند و انرژی آن ها در یک میدان مغناطیسی تغییر می کند. با توجه به اصول مکانیک کوانتومی، گشتاور مغناطیسی یک اتم در این دستگاه کوانتیزه خواهد شد.

اگر اتم در یک میدان مغناطیسی قوی قرار گیرد، زمانی که دارای نیروی مغناطیسی می شود، نیروی مغناطیسی آن با میدان دستگاه همسو می گردد.

اگر یک شیب میدان مغناطیسی روی میدان یکنواخت مانند دستگاه تله مغناطیسی ایجاد شود، آن دسته از اتم هایی که گشتاورهای مغناطیسی آن ها با تراز متوسط هستند، در میدان های قوی تر انرژی کمتری خواهند داشت و مانند یک توپ که به پایین یک تپه می چرخد​​، این اتم ها تمایل به اشغال مکان هایی با میدان های بالاتر دارند و به همین دلیل از طریق شیب ایجاد شده در دستگاه تراپ مگنت از ذرات دیگر جدا می شوند.

لازم به ذکر است که تولید حداکثری میدان مغناطیسی در فضای آزاد غیرممکن است؛ اما می توان حداقل آن را به وجود آورد. حال اگر انرژی جنبشی کافی برای فرار از نیروی مغناطیسی حداقل هم برای ذرات وجود نداشته باشد، این حداقل نیروی مغناطیسی می تواند اتم هایی را که به دنبال میدان ضعیف هستند، به دام بیندازد.

به طور معمول، تله های مغناطیسی دارای حداقل میدان مغناطیسی و نسبتاً کم عمق هستند و تنها قادرند اتم هایی را که انرژی جنبشی آن ها با دمای کسری از کلوین مطابقت دارد، به دام بیندازند. حداقل میدان مورد نیاز برای به دام انداختن نیروی مغناطیسی می تواند به روش های مختلفی تولید شود. این روش ها شامل تله های آهنربای دائمی، تله های پیکربندی Ioffe، تله های QUIC و سایر موارد هستند.

انواع تله مغناطیسی در علم فیزیک

دام مغناطیسی به یکی از چهار نوع دام مورد استفاده برای اتم ها یا ذرات باردار اطلاق می شود که عبارت اند از:

• دام مغناطیسی (اتم): برای به دام انداختن اتم های خنثی در یک شیب میدان مغناطیسی.
• موچین مغناطیسی: استفاده از یک میدان مغناطیسی برای به دام انداختن مهره های فرو مغناطیسی توقیف شده در میکرومتر.
• دام مغناطیسی نوری یا MOT: که یک دام با استفاده از یک شیب مغناطیسی و نور لیزر برای به دام انداختن اتم های خنثی می باشد.
• تله پنینگ: برای به دام انداختن ذرات باردار یا یون ها که در ترکیبی از پتانسیل الکترواستاتیک و میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده می شود.

کاربرد تله مغناطیسی در صنایع

تله های مایع مغناطیسی صنعتی برای از بین بردن آلودگی فلزهای پراکنده آهنی در خطوط فرآوری و انتقال مایعات طراحی شده اند.

برای استفاده از نیروی مغناطیسی به صورت مداوم و قابل اطمینان در مایعات غیر الیافی، طراحی این تله ها طوری است که مایعات را از طریق شبکه ای کاملاً فشرده از کارتریج های مغناطیسی عبور می دهد و از این طریق باعث تماس نزدیک بین محصول و میدان مغناطیسی و جدا سازی ذرات فلزی یا به عبارت دیگر ناخالصی های فلزی می شود.

در واقع تله مغناطیسی از سیال مورد نظر در برابر آلودگی های ذرات آهن از آن محافظت می کند. این تله ها مجهز به آهنرباهای نئودیم پرانرژی و با دمای بالا برای جدا سازی برخی قطعات مانند قطعات فولادی ضدزنگ سری ۳۰۰ هستند. همچنین این تله ها دارای یک گیره آزاد کننده سریع هستند تا دائما بتوانند مواد جمع شده را به محفظه تعبیه شده انتقال دهند.

کاربرد تله مغناطیسی در تراکم بوز- اینشتین

تراکم بوز- اینشتین (BEC) به شرایطی با چگالی بسیار کم و دمای بسیار پایین در گاز اتم ها نیاز دارد. خنک کننده لیزری در یک دام مغناطیسی نوری (MOT) معمولاً برای خنک سازی اتم ها تا محدوده میکروکلوین استفاده می شود.

با این حال، خنک کننده لیزری با پس زدن تکانه اتمی که از تک فوتون ها دریافت می کند، محدود می شود. دستیابی به BEC مستلزم خنک سازی اتم ها بیش تر از حد خنک کننده لیزری است، به این معنی که لیزرهای مورد استفاده در MOT باید خاموش باشند. به طور کلی از تله های مغناطیسی برای نگهداری اتم های بسیار سرد استفاده می شود.

ویژگی تله مغناطیسی صنعتی

این تله ها یک سری ویژگی های منحصر به فرد دارند که عبارتند از:

• مجهز به آهنرباهای خاکی کمیاب با درجه حرارت و شدت بالا با امکان ایجاد یک میدان مغناطیسی قدرتمند که حتی در اثر حرارت نیز از شدت آن کاسته نمی شود.
• بسته به نوع کاربرد شما این تله ها در ابعاد و اندازه های سفارشی قابل ساخت و استفاده هستند.
• در همه مدل های تله های مغناطیسی از ساختار فولاد ضد زنگ سری ۳۱۶ برای مطابقت با مقررات مربوط به مواد غذایی، بهداشتی و USDA استفاده می شود.
• مقاوم بودن اجزای تله مغناطیسی در برابر خوردگی

معایب استفاده از تله مغناطیسی

با اینکه تله های مغناطیسی از فولادهای ضد زنگ سری L316 ساخته می شوند و نسبت به حرارت و رطوبت مقاوم هستند اما در برخی شرایط غیر عادی مشکلاتی هم دارند.

به عنوان مثال وقتی تحت فشار شدید ناشی از تماس با غذاهای اسیدی و دست زدن برای تمیز کردن قطعات قرار می گیرند، امکان ایجاد ترک های بین دانه ای در مواد وجود دارد.

این حالت فیلم اکسید محافظ دستگاه را به خطر می اندازد و منجر به ایجاد حفره و خوردگی می شود.

برای مقابله با این مشکل برخی از شرکت ها با استفاده از تکنیک های مهندسی توانسته اند این دستگاه را بهبود دهند تا در برابر عبور غذاهای اسیدی مانند گوجه فرنگی و مرکبات دچار خوردگی نشود. این شرکت ها از یک ماده مقاوم در برابر خوردگی و ساخته شده از آلیاژهای بسیار قوی استفاده می کنند که مقاومت بسیار بالاتری در برابر حفره های کلرید و ترک خوردگی دارد.

این ماده به قدری قوی است که نه تنها در برابر خوردگی اسیدی ناشی از غذا مقاومت می کند، بلکه در برابر مواد شیمیایی قوی و فشارهای شدید مانند فشار آب که مربوط به روش های تمیز کردن محل تخلیه در محیط های پردازش مواد غذایی است نیز مقاومت خواهد کرد.

به علاوه این نوع تله مغناطیسی دارای درجه فشار بالا است و این امکان را به ما می دهد که حجم بیشتری از محصول را با سرعت بالاتری عبور دهیم. همچنین در آن ها امکان عبور مواد معلق بزرگ تر نیز وجود دارد. تمیز کردن این نوع دستگاه ها که به نام CR-MLT شناخته می شوند بسیار ساده و راحت است.

به این صورت که اپراتور کارتریج را بیرون می کشد و با استفاده از یک واشر داخلی پاک خواهد شد. به علاوه چون از یک قطعه فولاد ضد زنگ ساخته شده است، هیچ جوشکاری یا شکافی برای خوردگی در آن وجود ندارد.

تله مغناطیسی صفحه ای

تله های مغناطیسی صفحه ای برای سیالات نیز همان کار جدا سازی مواد مغناطیسی را انجام می دهند. با این تفاوت که قادر هستند ذرات آهنی را حتی از مایعات چسبنده و الیافی یا مایعات دارای مواد معلق بزرگ تر نیز جدا کنند. این تله ها برای هدایت آلاینده ها با یک صفحه مغناطیسی که یک میدان مغناطیسی عمیق ایجاد می کنند، طراحی شده اند.

خرید تله مغناطیسی

همان طور که می دانید تله به معنی به دام انداختن چیزی است. تله مغناطیسی نیز با استفاده از خاصیت نیروی مغناطیسی ذرات معلق و اتم هایی که دارای خواص مغناطیسی هستند را به راحتی به دام می اندازد. این تله ها به خصوص در صنایع غذایی برای خارج کردن آلاینده های فلزی که ورودشان به بدن ما خطرناک است، بسیار کاربردی هستند.

تله مغناطیسی در انواع معمولی و پیشرفته تولید می شوند که نوع پیشرفته آن ها در برابر خوردگی، رطوبت و آسیب های زمان تمیز کردن تله مقاوم تر هستند و همچنین ذرات بزرگ تر را نیز از میان سیالات عبوری جذب خواهند کرد.