古代の航海士が使った最古の宿曜コンパスから、現代社会を動かす高度な磁気テクノロジーに至るまで、磁石は常に人間を魅了してきた。食料品リストを入れるシンプルな冷蔵庫の磁石から、電気モーターや発電機に電力を供給する強力な電磁石まで、磁石は私たちの生活のいたるところにある。しかし、何が磁石を強力にしているのだろうか？そして地球上で最も強力な磁石とは？この記事では、磁気の世界を掘り下げ、特定の磁石が他の磁石よりも強力である特性を探り、人類が知る最も強力な磁石の驚異をいくつか紹介する。
磁力の強さを理解する
磁石の強さを理解するには、まず磁石がどのように測定され、比較されるかを理解する必要があります。磁石の強さは通常、起磁力（mmf）または磁束密度（B）の単位で測定されます。これを考える一つの方法は、磁石を磁場が流れるパイプと想像することです。mmfは磁界の圧力のようなもので、磁石を通して磁界を押し出します。
磁石の強さは、その形状、大きさ、成分にも左右される。例えば、細長い磁石は、同じ材質、同じ大きさの太くて短い磁石よりも、一般にその先端の磁場が強くなる。これは、北極から発し南極に戻るループ状の磁力線が、先端の小さな領域に集中するためである。
磁石の強さを決めるもう一つの重要な要素は透磁率で、これは材料がどれだけ磁化されやすいかを示す尺度である。鉄やニッケルのように、透磁率が非常に高く、磁場をかけると強い磁石になる材料もあります。一方、空気や木材のように透磁率が低く、貧弱な磁石になる物質もあります。
地上最強の磁石
さて、磁石の強さの要因のいくつかを理解したところで、地球上に存在する最も強力な磁石のいくつかを探ってみよう。
1.ネオジム磁石
ネオジム磁石は、NdFeB磁石（ネオジム・鉄・ホウ素）とも呼ばれ、希土類磁石の一種で、人類が知る限り最も強力な永久磁石のひとつである。ネオジム、鉄、ホウ素の合金から作られており、高い磁力と減磁しにくいという特徴があります。
ネオジム磁石は通常、磁石の磁場強度と磁石が減磁せずに維持できる最大磁場の積である最大エネルギー積で測定されます。この値は通常、メガガウス・オーステッド（MGOe）の単位で表され、1MGOeは1,000ガウス・オーステッドに相当します。
市販されている最強のネオジム磁石の最大エネルギー積は50MGOeに達し、これは約1.4テスラ（T）の磁場強度と約1.4メガガウス（14,000ガウス）の磁束密度に相当する。一般的な冷蔵庫の磁石の磁場強度は約0.01T、磁束密度は約100ガウスである。つまり、最も強力なネオジム磁石は、一般的な冷蔵庫用磁石の約14万倍の強度を持つことになる！
ネオジム磁石は、その卓越した磁気特性から、電動機、発電機、スピーカ、磁気分離装置など、さまざまな用途に広く使用されています。しかし、ネオジム磁石は脆く腐食しやすいため、取り扱いには注意が必要で、ニッケルや亜鉛などの保護材でコーティングされることも多い。
2.サマリウム・コバルト磁石
サマリウムコバルト（SmCo）磁石は、サマリウム、コバルト、およびその他の少数元素の合金から作られた希土類磁石の別のタイプです。高い磁力、減磁への耐性、高温性能で知られています。
サマリウムコバルト磁石は、一般的にその組成によって分類され、最も一般的なグレードはSmCo5とSmCo2:17です。SmCoの呼称の後の数字は、合金中のサマリウムとコバルトの比率を示し、数字が大きいほどコバルト含有量が多いことを示しています。一般的に、コバルト含有量の多い磁石は磁気強度が高く、温度安定性に優れる傾向があるが、腐食の影響を受けやすい場合もある。
最強のサマリウム・コバルト磁石は最大26MGOeのエネルギー積を持ち、これは約1.1Tの磁場強度と約1.1メガガウスの磁束密度に相当します。最強のネオジム磁石ほど強力ではありませんが、サマリウムコバルト磁石は温度安定性に優れているため、航空宇宙や高性能モーター用途など、高温になる用途に最適です。
3.アルニコ・マグネット
アルニコ磁石は、アルミニウム、ニッケル、コバルトの合金に、銅、鉄、チタンなどの他の元素を少量加えた磁石の一種です。1930年代に開発され、広く商品化された最初の永久磁石です。
アルニコ磁石は、高い磁力、良好な温度安定性、減磁に対する耐性で知られている。アルニコ磁石は一般的に組成によって分類され、最も一般的なグレードはアルニコ5、アルニコ8、アルニコ9である。グレードによって組成や磁気特性が微妙に異なり、アルニコ9は一般的なグレードの中で最も強度が高い。
最強のアルニコマグネットは、最大で約10MGOeのエネルギー積を持つことができ、これは約0.5Tの磁場強度と約0.5メガガウスの磁束密度に相当します。ネオジム磁石やサマリウム・コバルト磁石ほど強力ではありませんが、アルニコ磁石は、高磁力、温度安定性、耐腐食性などの特性が有利に働く用途、たとえば旧型の電動モーターやスピーカー、磁気センサーなどに使用されています。
4.セラミック（フェライト）磁石
セラミック、またはフェライト磁石は、フェライト化合物、典型的にはストロンチウムフェライト（SrFe2O4）またはバリウムフェライト（BaFe2O4）から作られた磁石の一種です。減磁に強く、安価で温度安定性が良いのが特徴です。
セラミック磁石は一般的に希土類磁石やアルニコ磁石ほど強くなく、最大エネルギー積は約1MGOe以下です。これは約0.05Tの磁場強度と約5,000ガウスの磁束密度に相当します。しかし、低コストで温度安定性が良いため、家電用モーターやスピーカー、マグネット式ドアラッチなど、高い磁場強度が重要な要件ではない用途によく使われています。
結論
磁石は、ローデストン・コンパスの時代から長い道のりを経て、現代の技術によって驚異的な磁力を持つ磁石を作ることができるようになりました。ハードディスクから風力タービンまで、あらゆるものに使われているネオジム磁石から、航空宇宙や高性能モーターに使われる高性能のサマリウム・コバルト磁石やアルニコ磁石まで、磁石の世界は実に魅力的です。
材料科学と磁性の理解が進むにつれて、さらに強力で汎用性の高い磁石が開発される可能性がある。このような未来の驚異的な磁石は、現在私たちが想像することしかできないような新しい技術や応用を可能にするかもしれない。
よくある質問
1.世界で一番強い磁石は？
私の知る2021年9月現在、市販されている最強の磁石はネオジム磁石で、最大エネルギー積は約50MGOeである。しかし、研究者たちは新しい材料や磁石技術の開発を続けているため、その後さらに強力な磁石が誕生している可能性もある。
2.磁石は危険か？
磁石は正しく扱わないと危険です。強力な磁石で指や体の一部を挟んだり、押しつぶしたりすると、重傷を負う可能性があります。また、電子機器に損傷を与えたり、クレジットカードやハードディスクのような磁気メディアを消去したり、ペースメーカーや植込み型除細動器のような医療機器に干渉したりすることもあります。強力な磁石は慎重に扱い、敏感な機器や特定の病状を持つ人から遠ざけることが重要です。
3.磁石は磁力を失うことがあるか？
磁石は磁性を失うことがあります。これは、高温にさらされる、機械的な衝撃や衝撃を受ける、強い磁場にさらされるなど、さまざまな要因で起こります。ネオジムやサマリウム・コバルトのように、フェライトやアルニコのように減磁に強い材料もあります。減磁を防ぐには、衝撃や極端な高温を避けて磁石を注意深く扱い、強い磁界になるべくさらされないように保管することが重要です。
4.磁石はリサイクルできますか？
磁石はリサイクルできますが、そのプロセスは金属やプラスチックのような他の材料のリサイクルよりも複雑です。磁石には希土類元素が含まれていることが多く、希土類元素は貴重で供給量に限りがありますが、他の材料と分離して精製するのが難しいからです。磁石をリサイクルすることは、レアアース資源を保護し、廃棄物を減らすことにつながるため、古くなったり破損したりした磁石は責任を持って処分することが重要です。