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14.1T!加速器磁鐵場強刷新世界紀錄

2019-09-11 07:47 來源:科技日報

  費米實驗室刷新加速器磁鐵磁場強度世界紀錄。圖片來源:物理學家組織網

  美國能源部費米實驗室的科學家日前宣布,他們獲得了加速器轉向磁鐵迄今最高場強——將磁鐵冷卻到零下270攝氏度左右時,創下14.1T(特斯拉)的新世界紀錄。此前,勞倫斯伯克利國家實驗室在同樣溫度下創下13.8T的紀錄,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里程碑。未來高能強子對撞機成功的一個關鍵因素是高場強磁鐵。因為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磁鐵中使用鈮—鈦不同,國際高能物理學界正致力于研制15T的鈮—錫磁鐵,其核心是名為鈮—錫的先進超導材料。鈮—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。

  為此,費米實驗室費的亞歷山大·佐羅賓領導的團隊研究出一種新型設計,讓鈮—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準。將電纜纏繞成線圈后,研究人員對其進行為期兩周的高溫處理,讓鈮—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軛和不銹鋼外殼組成的結構內,使線圈能抵御使其變形的巨大電磁力,最終取得了成功。

  在接下來幾個月里,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:“我們計劃將鈮—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:王蔚)

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