Fremtidens superledende magneter

Fremtidens superledende magneter er under udvikling, og CERN er i frontlinjen. For at øge energien af ​​cirkulære kollidere, fysikere regner med stadig stærkere magneter, i stand til at generere magnetiske felter langt ud over de 8 Teslaer, der produceres af magneterne i Large Hadron Collider (LHC).

Magneter genererer felter på næsten 12 Tesla, baseret på en superledende niobium-tinforbindelse, bliver allerede fremstillet til High-Luminosity LHC. Men CERN og dets partnere har også startet arbejdet med den næste generation af magneter, som skal være i stand til at generere felter på 16 Tesla og mere, for fremtidens kollidere som dem, der overvejes i FCC (Future Circular Collider) undersøgelsen. For at nå dette mål, ydeevnen af ​​niobium-tin superledende kabel bliver skubbet til det yderste.

Et af de vigtigste trin i programmet er udviklingen af ​​en teststation, der er i stand til at teste de nye kabler under realistiske forhold, altså i et stærkt magnetfelt. Sådan en facilitet, i form af en dipolmagnet med stor blænde, er oprettet på CERN. Magneten, kendt som FRESCA2, er udviklet som en del af et samarbejde mellem CERN og CEA-Saclay inden for rammerne af det europæiske EuCARD-program.

I starten af ​​august, FRESCA2 nåede en vigtig milepæl, da den opnåede sit designmagnetiske felt, genererer 13,3 Tesla i midten af ​​en 10-centimeters blænde i 4 timer i træk – det første for en magnet med så stor en blænde. Til sammenligning, strømmagneterne i LHC genererer felter på omkring 8 Tesla i midten af ​​en 50 millimeter blænde. Udviklingen og ydeevnen af ​​FRESCA2 blev præsenteret i dag på EUCAS 2017-konferencen om superledere og deres applikationer.

Test af kablerne under påvirkning af et stærkt magnetfelt er et vigtigt skridt. "Vi skal ikke kun teste den maksimale strøm, der kan bæres af kablet, men også alle virkningerne af magnetfeltet. Kvaliteten af ​​feltet skal være perfekt, " forklarer Gijs De Rijk, næstformand for Magneterne, Superledere og kryostater gruppe på CERN. Den præcision, hvormed magnetfeltets intensitet kan justeres, er en vigtig egenskab for en accelerator. Når bjælkernes energi øges, intensiteten af ​​det felt, der styrer dem, skal øges gradvist, uden pludselige spidser, eller bjælkerne kan gå tabt. Det faktum, at magneterne i LHC kan justeres med en stor grad af præcision, holde deres magnetiske felter stabile, er det, der gør, at strålerne kan cirkulere i maskinen i timevis af gangen.

De to spoler af FRESCA2 er dannet af et superledende kabel lavet af niobium-tin. Deres temperatur holdes på 2 grader over det absolutte nulpunkt. Magneten de danner er meget større end en LHC forstørrelsesglas, måler 1,5 meter i længden og 1 meter i diameter. Dette gør det muligt for magneten at have en stor blænde, måler 10 centimeter, så det kan huse de kabler, der testes, samt sensorer til at observere deres adfærd. FRESCA2 vil også blive brugt til at teste spoler dannet af højtemperatursuperledere (en artikel om dette emne vil blive offentliggjort i morgen).

FRESCA2 bliver modificeret, så den ved udgangen af ​​dette år vil være i stand til at generere et endnu stærkere felt. Stationen vil derefter være klar til at modtage de prøver, der skal testes.