Різні видиелектромагнітов грають одну з найбільш ключових ролей в області сучасної фізики. Створювані ними магнітні поля утримують плазму в камерах експериментальних термоядерних реакторів, за їх допомогою розганяються і направляються потоки частинок в тунелях прискорювачів і т. П. Але не всі існуючі електромагніти мають однакові характеристики, і нещодавно дослідники та інженери з національної лабораторії імені фермі розробили новий надпровідний електромагніт, що перевершує за характеристиками все, що було створено раніше в цьому напрямку.
У таких установках, як великий адронний коллайдер, який є найпотужнішим прискорювачем частинок на сьогоднішній день, магніти повинні виробляти поле, силою не менше 8 тесла. При цьому, вихід магнітів на робочий режим проводиться плавно зі швидкістю 0.006 тесла в секунду і займає близько 20 хвилин часу. У прискорювачах частинок, в яких використовуються магніти з мідними обмотками, магнітне поле наростає з набагато більшою швидкістю. Наприклад, магніти японського прискорювача j-parc, що виробляє найпотужніший потік нейтронів, здатні нарощувати силу поля зі швидкістю 70 тесла в секунду, а магніти прискорювача лабораторії фермі — зі швидкістю 30 тесла в секунду.
Однією з проблем, яка заважає піднімати поле надпровідних магнітів з великою швидкістю, є виникнення «гарячих плям» в обмотках, розміри яких збільшуються зі збільшенням струму і генерованого магнітного поля. При швидкому збільшенні струму температура в цих плямах збільшується настільки, що матеріал перемикається з надпровідного стану в звичайний стан з електричним опором і магніт втрачає свою ефективність або взагалі перестає працювати.
Вчені з лабораторії фермі знайшли рішення у видематериала ybco, складного з’єднання ітрію, барію, міді і кисню, відомого високотемпературного надпровідника. З цього матеріалу і були створені обмотки магніту, здатного працювати при температурах від 6 до 20 кельвінів і здатні витримувати струм, силою до 1000 ампер.
При випробуваннях перший дослідний зразок високотемпературного електромагніту показав, що він може забезпечити швидкість в 290 тесла в секунду при піковому значенні магнітного поля в 0.5 тесла. Звичайно, така сила магнітного поля далека від 8 тесла, потрібних для прискорювачів частинок, але вчені впевнені, що у них ще є можливості для подальшого збільшення сили струму через магніт і, відповідно, збільшення сили генерованого магнітного поля.
В даний час вчені лабораторії фермі продовжують експерименти з їх новим магнітом, випробовуючи різні режими його роботи і модернізуючи використовуваний джерело живлення. І можливо в майбутньому подібні магніти будуть встановлені в експериментальних установках, включаючи детектори нейтрино і колайдер наступного покоління зі 100-кілометровим кільцем прискорювача future circular collider.
ключові слова: магніт, швидкість, поле, надпровідний, обмотка, ybco, прискорювач, експеримент
першоджерело
інші новини по темі:
Машини-монстри :новий надпровідний електромагніт для коллайдера…
Машини-монстри: maglab 32 t — магніт з надпровідними обмотками, виробат …
Машини-монстри: найпотужніший резистивний електромагніт, що виробляє магн …
