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大型强子对撞机
2022-08-18

费米实验室刷新加速器磁铁磁场强度世界纪录。

图片来源:物理学家组织网

美国能源部费米实验室的科学家日前宣布,他们获得了加快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,劳伦斯伯克利国家实验室在同样温度下创下13.8T的纪录,并保持了11年之久。

物理学家组织网在9日的报导中指出,对于方案建造大型强子对撞机(LHC)继任者的粒子物理学家来说,这项最新研究是一个重要的里程碑。未来高能强子对撞机成功的一个关键因素是高场强磁铁。因为未来的环形对撞机需求将质子加快到LHC质子能量的好几倍,所以需求比LHC更强的转向磁铁。与目前LHC磁铁中运用铌钛不同,世界高能物理学界正致力于研发15T的铌锡磁铁,其核心是名为铌锡的先进超导资料。铌锡可支撑更大的电流但很软弱,在加快磁铁作业时容易受力破损。

为此,费米实验室费的亚历山大佐罗宾领导的团队研究出一种新式规划,让铌锡线圈在运行过程中不受任何应力和应变的影响。

在新规划中,几十根圆形电线以某种方式扭曲成电缆,使之满足必要的电力和力学规范。将电缆缠绕成线圈后,研究人员对其进行为期两周的高温处理,让铌锡导线面目一新,在约零下270摄氏度时变成超导体。接着,他们将几个线圈封装在由带有铝夹的铁轭和不锈钢外壳组成的结构内,使线圈能抵挡使其变形的巨大电磁力,终究取得了成功。

在接下来几个月里,该小组方案加强线圈的力学支撑,在今年秋天重新测验磁铁,期望实现15T的规划方针。佐罗宾解说说:规划这样的磁铁需求考虑许多因素:磁场参数、超导线缆、力学结构及其在组装运行中的性能、磁铁技术以及运行过程中的磁铁保护等。

团队的方针不止于此。佐罗宾说:我们方案将铌锡磁铁的强度提高到17T。并且,我们或许能运用新式先进超导资料,规划出强度可达20T的转向磁铁。

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