Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Magnet designet for stor Hadron Collider oppgradering oppnår høyfelt milepæl

Anonim

I fjor nådde en ny superledende magnet utviklet og fabrikkert på Fermilab sitt designfelt på 11, 5 Tesla ved en temperatur nesten like kald som det ytre rommet. Det er den første vellykkede dobbelblender-akseleratormagneten laget av niobium-3-tinn i verden.

annonse


Fremskrittene i niobium-3-tinn eller Nb3Sn, magnetteknologi og det løpende amerikanske samarbeidet med CERN om utviklingen av disse og andre Nb3Sn-magneter, gjør det mulig å bruke denne innovative teknologien for fremtidige oppgraderinger av Large Hadron Collider (LHC). De kan også gi hjørnesteinen til fremtidige sirkulære maskiner av interesse for det verdensomspennende høyteknologiske fysikkfellesskapet. På grunn av de eksepsjonelle utfordringene - Nb3Sn er sprø og krever høy temperaturbehandling - denne viktige milepælen ble oppnådd ved Fermilab etter flere tiår med verdensomspennende FoU-innsats både i Nb3Sn-lederen og i tilhørende magnetteknologi.

Superledende magneter står i sentrum for de fleste partikkelakseleratorer for grunnleggende vitenskap, samt andre vitenskapelige og teknologiske anvendelser. Superledningsevne undersøkes også for bruk i biosensorer og kvantemåling.

Takket være Nb3Sns sterkere superledende egenskaper muliggjør det magneter av større felt enn noen av de nåværende partikkelacceleratorene. Som en sammenligning produserte niobium-titandipolmagnetene bygget tidlig på 1980-tallet for Tevatron-partikkelkollideren ca 4 Tesla for å bøye proton- og antiprotonbjelkene rundt ringen. De mest kraftige niobium-titan magneter som brukes i LHC opererer på omtrent 8 Tesla. Den nye niobium-3-tinnmagneten skaper et betydelig sterkere felt.

Fordi Tevatron akselererte positivt ladede protoner og negativt ladede antiprotoner, hadde magneterne bare en åpning. Derimot bruker LHC to protonbjelker. Dette krever to-aperture magneter med felt i motsatt retning. Og fordi LHC kolliderer bjelker ved høyere energier, krever det større magnetfelter.

I prosessen med å oppgradere LHC og i å utvikle fremtidige partikkel akseleratorer og detektorer, investerer høy-energi fysikk samfunnet som aldri før i høyfelt magnet teknologi. Denne kreative prosessen involverer USA, Europa, Japan og andre asiatiske land. Den siste strategiske planen for USAs høyenergifysikk, 2014-rapporten fra Particle Physics Project Prioritization Panel, støtter fortsatt amerikansk lederskap i superledende magnetteknologi for fremtidige partikkelfysikkprogrammer. Det amerikanske LHC Accelerator Research Programmet (LARP), som består av fire DOE nasjonale laboratorier - Berkeley Lab, Brookhaven Lab, Fermilab og SLAC - spiller en sentral rolle i denne strategien.

Den 15-årige investeringen i Nb3Sn-teknologien plasserer Fermilab-teamet ledet av forsker Alexander Zlobin i spissen av denne innsatsen. Fermilab High-Field Magnet Group, i samarbeid med US LARP og CERN, bygget den første reproduserbare serien i verden av single-aperture 10-til 12-Tesla akselerator-kvalitet dipoler og quadrupoles laget av Nb3Sn, etablering et sterkt fundament for LHC-lysstyrkeoppgradering på CERN.

Laboratoriet har konsekvent utført parallelt et assertivt superleders FoU-program som nøkkel til magnetens suksess. Koordinering med industri og universiteter har vært kritisk for å forbedre ytelsen til neste generasjon av høyfelt akseleratormagneter.

Det neste trinnet er å utvikle 15-Tesla Nb3Sn-akseleratormagneter for en fremtidig meget høy-energi proton-proton-kollider. Bruken av høytemperatur superledere blir også et realistisk potensial for å generere enda større magnetfelt. Et ultimate mål er å utvikle magnetteknologier basert på kombinering av super- og lavtemperatur superledere for akseleratormagneter over 20 Tesla.

Den robuste og allsidige infrastrukturen som ble utviklet hos Fermilab, sammen med den kompetansen som magnetforskerne og ingeniører har utviklet i design- og analyseverktøy for superledende materialer og magneter, gjør Fermilab til en ideell setting for å se fremtiden for høyfeltmagnetforskning.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.