Создан сверхпроводящий магнит для ускорителей частиц следующего поколения с рекордной скоростью нарастания поля

Экспериментальный электромагнит

Различные виды электромагнитов играют одну из самых ключевых ролей в области современной физики. Создаваемые ими магнитные поля удерживают плазму в камерах экспериментальных термоядерных реакторов, при их помощи разгоняются и направляются потоки частиц в туннелях ускорителей и т.п. Но не все существующие электромагниты обладают одинаковыми характеристиками, и недавно исследователи и инженеры из Национальной лаборатории имени Ферми разработали новый сверхпроводящий электромагнит, превосходящий по характеристикам все, что было создано ранее в этом направлении.

В таких установках, как Большой Адронный Коллайдер, являющийся самым мощным ускорителем частиц на сегодняшний день, магниты должны производить поле, силой не менее 8 Тесла. При этом, выход магнитов на рабочий режим производится плавно со скоростью 0.006 Тесла в секунду и занимает около 20 минут времени. В ускорителях частиц, в которых используются магниты с медными обмотками, магнитное поле нарастает с гораздо большей скоростью. К примеру, магниты японского ускорителя J-PARC, вырабатывающего самый мощный поток нейтронов, способны наращивать силу поля со скоростью 70 Тесла в секунду, а магниты ускорителя лаборатории Ферми — со скоростью 30 Тесла в секунду.

Одной из проблем, которая мешает поднимать поле сверхпроводящих магнитов с большой скоростью, является возникновение «горячих пятен» в обмотках, размеры которых увеличиваются с увеличением тока и генерируемого магнитного поля. При быстром увеличении тока температура в этих пятнах увеличивается настолько, что материал переключается из сверхпроводящего состояния в обычное состояние с электрическим сопротивлением и магнит теряет свою эффективность или вообще перестает работать.

Ученые из лаборатории Ферми нашли решение в виде материала YBCO, сложного соединения иттрия, бария, меди и кислорода, известного высокотемпературного сверхпроводника. Из этого материала и были созданы обмотки магнита, способного работать при температурах от 6 до 20 Кельвинов и способные выдерживать ток, силой до 1000 ампер.

При испытаниях первый опытный образец высокотемпературного электромагнита показал, что он может обеспечить скорость в 290 Тесла в секунду при пиковом значении магнитного поля в 0.5 Тесла. Конечно, такая сила магнитного поля далека от 8 Тесла, требующихся для ускорителей частиц, но ученые уверены, что у них еще имеются возможности для дальнейшего увеличения силы тока через магнит и, соответственно, увеличения силы генерируемого магнитного поля.

В настоящее время ученые лаборатории Ферми продолжают эксперименты с их новым магнитом, испытывая различные режимы его работы и модернизируя используемый источник питания. И возможно в будущем подобные магниты будут установлены в новых экспериментальных установках, включая детекторы нейтрино и коллайдер следующего поколения со 100-километровым кольцом ускорителя Future Circular Collider.

Ключевые слова:
Магнит, Скорость, Поле, Сверхпроводящий, Обмотка, YBCO, Ускоритель, Эксперимент

Первоисточник

Другие новости по теме:

  • Машины-монстры: Новый сверхпроводящий электромагнит для коллайдера следующе …
  • Машины-монстры: MagLab 32 T — магнит со сверхпроводящими обмотками, вырабат …
  • Машины-монстры: Магнит-рекордсмен, способный выработать поле, силой в 100 Т …
  • Машины-монстры: Самый мощный резистивный электромагнит, вырабатывающий магн …
  • Создан магнит-рекордсмен, способный создать три тонны силы магнитного притя …
  • Share Button

    Материалы по теме:

    Ученым впервые удалось запутать на квантовом уровне макромасштабные объекты
    Нам, живущим в макроскопическом мире, многое, происходящее в микроскопическом мире, где царят законы квантовой механики, кажется странным и бессмысленным. Взять, к примеру, квантовую запутанность, ...
    Новый квантовый микроскоп, работающий за пределами фундаментальных ограничений, позволяет увидеть «невозможные» вещи
    Австралийские исследователи продемонстрировали работу созданного ими нового квантового микроскопа, который работает за пределами барьера фундаментальных физических ограничений и позволяет увидеть столь малые вещи, которые ...
    Создан самый быстрый и эффективный двигатель, использующий информацию в качестве «топлива»
    Исследователи из университета Саймона Фрезера (Simon Fraser University) спроектировали и создали опытный образец весьма странного типа двигателя, использующего информацию в качестве "топлива". Работа этого ...
    Ученые CERN нашли доказательства редчайших случаев образования четырех истинных кварков при столкновении протонов
    Ученые Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие на Большом Адроном Коллайдере в рамках эксперимента ATLAS, объявили о получении убедительных доказательств того, что иногда в ...
    Впервые были обнаружены «призрачные» частицы, порожденные при столкновениях в Большом Адроном Коллайдере
    Ученые-физики впервые в истории зарегистрировали "призрачные" частицы нейтрино, порожденные при столкновениях внутри Большого Адронного Коллайдера (БАК), самого большого и мощного ускорителя частиц на сегодняшний ...
    You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

    Leave a Reply

    Яндекс.Метрика