Созданы рекордно мощные магниты для новых ускорителей частиц
Магнитные поля внутри таких устройств, как Большой адронный коллайдер (LHC), самый мощный в мире ускоритель частиц, помогают удерживать частицы в нужном направлении, когда они движутся в круглой камере со скоростью, близкой к скорости света. Чем выше задействованные энергии, тем сильнее магнитные поля, необходимые для продолжения экспериментов, при этом БАК требует магнитных полей с индукцией около восьми тесла.
Но сверхпроводящим магнитам, ответственным за создание этого поля, требуется около 20 минут, чтобы достичь этого уровня, плавно наращивая индукцию со скоростью примерно 0,006 тесла в секунду. Ускорители элементарных частиц, в которых используются магниты с медными проводниками при комнатной температуре, а не сверхпроводящий провод, могут наращивать скорость гораздо быстрее. Так, J-PARC в Японии заряжается со скоростью 70 тесла в секунду, а собственное бустерное кольцо Fermilab на 8 ГэВ наращивает до 30 тесла в секунду.
Одной из проблем использования сверхпроводящих магнетиков для этих целей является образование областей повышенной температуры, которые увеличиваются с увеличением амплитуды поля и скорости нарастания. Поэтому из-за перегрева неизбежны погрешности, поскольку для перехода из сверхпроводимости в «обычное» проводящее и резистивное состояние требуется лишь небольшое повышение температуры.
Ученые Fermilab считают, что они нашли решение этой проблемы в материале, известном как оксид иттрия-бария-меди (YBCO), который известен своей высокотемпературной сверхпроводимостью и, как мы видели еще в 2011 году, своим потенциалом в области магнитной левитации. Используя этот материал, команда создала магнит, который мог работать при температурах от шести до 20 Кельвинов и выдерживать ток в 1000 ампер.
Испытав новый высокотемпературный сверхпроводящий магнит, команда продемонстрировала, что он может наращивать до 290 тесла в секунду и достигать максимальной напряженности магнитного поля около 0,5 тесла. Очевидно, это далеко от восьми тесла, показанных на БАК, но ученые говорят, что более высокая напряженность поля может быть достигнута путем увеличения электрического тока, проходящего через магнит.
Физики из Национальной лаборатории ускорителей частиц Ферми разработали систему, которая опережает все достижения в этой области, и использовали ее для демонстрации своих достижений