CERN испытал сильнейшие сверхпроводящие магниты

Инженеры CERN испытали новый дипольный сверхпроводящий магнит, обладающий рекордными значениями магнитной индукции — свыше 16 тесла. RMC (Racetrack Model Coil) был создан для демонстрации технологии новых магнитов, предназначенных для следующего поколения ускорителей, в частности, для HL-LHC (High-Luminosity Large Hadron Collider) и FCC (Future Circular Collider). Об испытаниях сообщает пресс-релиз CERN.

Основой нового магнита являются сверхпроводящие кабели на основе сплава олова и ниобия — Nb₃Sn. В отличие от кабелей, используемых сейчас в ускорителе (на основе сплава ниобия и титана), этот материал обладает более высокими значениями критических полей, хотя и является более хрупким. Устройство было испытано при температуре 1,9 кельвина и достигло пиковой магнитной индукции в 16,2 тесла при силе тока в 18,5 тысяч ампер. Эта величина в пять раз превышает значение магнитной индукции, используемой в МРТ.

В установке были протестированы два типа кабелей, сделанных по технологиям «Порошок в трубе» и «Rod Restack Process» (заключается в вытягивании изолированных стержней различных материалов). Интересно отметить, что такие сверхпроводящие кабели производят лишь две компании во всем мире. Разработка этих технологий стала одним из ключевых прорывов, необходимых для достижения рекордных полей. Другой важной составляющей стала защита катушки от действия электромагнитных сил, разрушительных на таких масштабах токов и полей.

Размеры испытанных магнитов не превышают двух метров, в то время, как для HL-LHC потребуются устройства длиной около 6-7 метров. К тому же, в предложенных моделях пока нет отверстия для пучка. По сути, они являются лишь демонстрацией того, что в мире появились технологии, необходимые для ускорителей следующего поколения. К примеру, проект HL-LHC был разработан несколько лет назад на основе еще не существующих технологий и лишь по результатам пяти лет работы эти технологии приблизились к реальности.

Главное требование, предъявляемое к дипольным или поворотным магнитам ускорителей — однородность создаваемого ими поля. Устройства, применяемые сейчас в LHC, создают такие поля с индукцией порядка 8,3 тесла. Когда заряженная частица движется в таком поле, то, в согласии с законом Лоренца, она получает дополнительное ускорение, заставляющее ее двигаться по кругу. Существующее же электрическое поле увеличивает ее энергию. К примеру, протоны LHC получают дополнительную энергию и разгоняются до 7 тераэлектронвольт. Новые магниты (и новые ускорители) позволят увеличить энергию столкновений протонов до 100 тераэлектронвольт.