Магнитът за ускорител на частици от следващо поколение нараства с рекордна скорост

Сподели

Ролята на магнитите във физичните изследвания е критична, помагайки за насочването на траекторията на лъчите на частици, които позволяват високоскоростни сблъсъци и революционни открития. Но не всички магнити са създадени еднакви, като някои по-бързо генерират необходимите магнитни полета от други. Физиците от Националната лаборатория за ускоряване на частици Fermi са разработили такъв, който изпреварва всички преди него в това отношение, и го използваха, за да демонстрират това, което те описват като най-бързите скорости на нарастване в света за магнити за ускорители на частици.

Магнитните полета в устройства като Големия адронен колайдер (LHC), най-мощният ускорител на частици в света, помагат на частиците да се движат по пътя, докато се движат около кръговата камера със скорост, близка до скоростта на светлината. Колкото по-високи са енергиите в играта, толкова по-силни са магнитните полета, необходими за провеждане на експериментите, като LHC изисква магнитни полета от около осем тесла.

Но свръхпроводящите магнити, отговорни за генерирането на това поле, отнемат около 20 минути, за да достигнат това ниво, като леко се увеличават със скорост от около 0,006 тесла в секунда. Ускорителите на частици, които използват магнити с медни проводници при стайна температура, а не свръхпроводящ проводник, са в състояние да нарастват при много по-големи скорости. Те включват неутронния лъч с най-висок интензитет в света в J-PARC в Япония, който се зарежда със скорост от 70 тесла в секунда, и собствения усилващ пръстен на Fermilab с 8-GeV, който се увеличава до 30 тесла в секунда.

Един проблем при използването на свръхпроводящи магнити за тези цели е образуването на големи горещи точки, които се увеличават с амплитудата на полето и скоростта на нарастване. Съществува също така по своята същност малка граница на грешка по отношение на работната температура на традиционните свръхпроводящи материали, като е необходимо само малко повишаване на температурата, за да преминат към тяхното нормално проводящо и съпротивително състояние.

Физикът и автор на изследвания Хенрик Пиекарц на работа във Fermilab

Райън Постел/Fermilab

Учените от Fermilab вярват, че са намерили решение на този проблем в материал, известен като итриев бариев меден оксид (YBCO), известен със своята високотемпературна свръхпроводимост и, както видяхме през 2011 г., с потенциала си в областта на магнитната левитация. Използвайки този материал, екипът изгради магнит, който може да работи при температури между шест и 20 Келвина и може да издържа 1000 ампера електрически ток.

Подлагайки на теста този нов високотемпературен свръхпроводящ магнит, екипът показа, че може да нараства със скорост от 290 тесла в секунда и да постигне пикова сила на магнитното поле от около 0,5 тесла. Това очевидно е далеч от осемте тесла, изложени на LHC, но учените казват, че по-висока сила на полето може да се постигне чрез набиране на електрическия ток, преминаващ през магнита.

Учените ще продължат да експериментират с тяхното създаване, като работят за разширяване на захранването и евентуално за постигане на още по-високи темпове на нарастване. Те виждат, че технологията играе роля във всички видове бъдещи експерименти, включително изследвания на неутрино и планирания 100-километров (62 мили) бъдещ кръгов колайдер, който може да започне да работи до 2040 г.

Източник: Fermilab

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели