冰箱貼里的奧秘

尹丹

不知道你有沒有發現這個問題：現在的冰箱貼只有一面能吸住冰箱，另外一面放到冰箱上是會掉下來的。這不科學呀，磁鐵不是應該兩面都有磁性嗎？為什么會有一面貼不住呢？原來是因為現在的冰箱貼運用了粒子加速器里的磁體布陣法——哈爾巴赫陣列。

什么是哈爾巴赫陣列？它指的是一系列永磁體的排布方式，這種排布方式使得磁場在一邊減弱，但在另一邊得到增強。通過這種方法可以有效增強某處的磁場，同時使磁場變得均勻。

我們都知道，磁體同性相斥，異性相吸。所以，很多人會下意識地認為，要讓磁場變大，最好的方法是把幾塊磁體的南極合在一起，北極也合在一起。然而，事實并非如此。如果讓幾塊磁體旋轉排布，反而能夠在一面得到更強的磁場。當然，這背后的代價就是，另一面的磁場會減弱。這就是哈爾巴赫陣列的邏輯。

哈爾巴赫陣列是由美國物理學家約翰·C·馬林森發現的，但當時這個現象沒有引起他的重視，他認為這大概只能用在磁帶技術上。

但是在20世紀80年代，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學家克勞斯·哈爾巴赫在研究如何集中粒子束時，獨立發現了這個陣列，所以后來就以他的名字命名了哈爾巴赫陣列。

如果你留心冰箱貼就會發現，老式冰箱貼的兩面都能吸住冰箱。這是因為一開始冰箱貼后面真的有一塊圓柱形的磁鐵。但是，現在許多冰箱貼不是這樣的磁鐵，它們很薄，大多是用氧化鐵粉末和塑料黏合劑制成的。這種磁性混合物被切割成邊長約為1毫米的三角形棱柱后，再以哈爾巴赫陣列排布。

現在，除了冰箱貼外，哈爾巴赫陣列在高能物理領域、常規治具、直流電機、磁力耦合器和發電機中都有廣泛的應用。另外，磁懸浮系統也采用了哈爾巴赫陣列來加強磁場，超級高鐵也采用了線性哈爾巴赫陣列來設計分離艙。

當然，除了冰箱貼這種線性的，哈爾巴赫陣列還有很多種其他形式。比如環形的哈爾巴赫陣列，如果利用磁場觀察膜進行觀察的話，你會發現這種永磁體陣列的內部磁場從圓環的狀態被聚集到了一條線上。這樣排布后，這款永磁體中心的磁通過量會超過原來的1.2特斯拉（特斯拉是國際單位制中磁感應強度的單位），相當于1200個冰箱貼的磁感強度。

（陶子薦自《知識窗》）