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14.1T 加速器磁铁场强刷新世界纪录

文章來源:科技日报 刘霞   發布時間:2019-09-11  【字號:     】  

  美国能源部费米实验室的科学家日前宣布,他们获得了加速器转向磁铁迄今最高场强——将磁铁冷却到零下270摄氏度左右时,创下14.1T(特斯拉)的新世界纪录。此前,劳伦斯伯克利國家實驗室在同样温度下创下13.8T的纪录,并保持了11年之久。

  物理學家組織網在9日的報道中指出,對于計劃建造大型強子對撞機(LHC)“繼任者”的粒子物理學家來說,這項最新研究是一個重要的裏程碑。未來高能強子對撞機成功的一個關鍵因素是高場強磁鐵。因爲未來的環形對撞機需要將質子加速到LHC質子能量的好幾倍,所以需要比LHC更強的轉向磁鐵。與目前LHC磁鐵中使用铌—钛不同,國際高能物理學界正致力于研制15T的铌—錫磁鐵,其核心是名爲铌—錫的先進超導材料。铌—錫可支撐更大的電流但很脆弱,在加速磁鐵工作時容易受力破損。

  爲此,費米實驗室費的亞曆山大·佐羅賓領導的團隊研究出一種新型設計,讓铌—錫線圈在運行過程中不受任何應力和應變的影響。

  在新設計中,幾十根圓形電線以某種方式扭曲成電纜,使之滿足必要的電力和力學標准。將電纜纏繞成線圈後,研究人員對其進行爲期兩周的高溫處理,讓铌—錫導線“改頭換面”,在約零下270攝氏度時變成超導體。接著,他們將幾個線圈封裝在由帶有鋁夾的鐵轭和不鏽鋼外殼組成的結構內,使線圈能抵禦使其變形的巨大電磁力,最終取得了成功。

  在接下來幾個月裏,該小組計劃加強線圈的力學支撐,在今年秋天重新測試磁鐵,希望實現15T的設計目標。佐羅賓解釋說:“設計這樣的磁鐵需要考慮很多因素:磁場參數、超導線纜、力學結構及其在組裝運行中的性能、磁鐵技術以及運行過程中的磁鐵保護等。”

  團隊的目標不止于此。佐羅賓說:“我們計劃將铌—錫磁鐵的強度提高到17T。而且,我們或許能使用新型先進超導材料,設計出強度可達20T的轉向磁鐵。”




(責任編輯:侯茜)

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