Forskere om at gøre Large Hadron Collider sikrere

Et internationalt forskerhold ledet af Evgeniy Talantsev, en seniorforsker ved forsknings- og uddannelsescentret ved Ural Federal University, har nærmet sig opgaven med at øge pålideligheden af ​​så komplekse og dyre faciliteter som Large Hadron Collider (LHC). Resultaterne af eksperimentet blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter i en artikel med titlen "The onset of dissipation in high-temperatur superconductors:magnetic hysteresis and field dependence."

Evgeniy Talantsev forklarer, "I processen med at arbejde med andengenerations højtemperatursuperledere ved flydende nitrogentemperaturer (ca. -190 grader Celsius), vi fandt ud af, at med stigende elektrisk strøm, begyndelsen af ​​elektrisk effekttab er klart forbundet med en brat overgang fra den ikke-lineære opførsel af det magnetiske felt skabt af den elektriske strøm (og målt på et hvilket som helst punkt på superlederens overflade), til det lineære. En lineær stigning i det magnetiske felt og en lineær stigning i strøm er en almindelig afhængighed, der er forbundet med metaller og halvledere, dvs. materialer med en regelmæssig lineær elektrisk modstand, hvorpå Ohms lov finder anvendelse.

"Med andre ord, selvom den elektriske modstand af superledere ved begyndelsen af ​​dissipation er omkring hundreder af milliarder gange lavere end for det bedste metal, og er meget ikke-lineær og stiger titusinder af gange, magnetfeltets opførsel afhængig af strømstyrken viste sig at være lineær og let detekteret af almindelige kryogene Hall-sensorer, " siger Talantsev.

Eksperimentet blev først udført uden eksternt påført magnetfelt, og derfor, uden et væld af ekstra effekter, der opstår i superledere, når det eksterne magnetfelt påføres.

"Eksperimentet uden et eksternt påført magnetfelt er meget uberørt og enkelt. Men ingen udførte det og analyserede resultaterne før os:Alle kørte det i et stærkt magnetfelt. Betydningen af ​​vores tilgang er, at vi lukkede alle smuthullerne i at forklare resultaterne som påvirkningen af ​​det eksterne magnetfelt. det er rimeligt at sige, at den effekt, vi fandt, er af fundamental karakter, " forklarer forskeren.

Forskerne undersøgte også, om effekten af ​​overgangen fra ikke-lineær til lineær magnetfeltafhængighed stadig var til stede med stigningen i strøm, når der blev påført et stærkt magnetfelt på superlederen. Dette er vigtigt, fordi betingelserne for den teknologiske katastrofe i Large Hadron Collider inkluderede det eksterne magnetfelt, der blev påført.

"Det viste sig, at i eksperimenter med eksternt påført magnetfelt, de lineære karakteristika af superlederens eget magnetfelt, observeret ved begyndelsen af ​​effekttab er identiske med dem, der observeres uden det eksterne magnetfelt. Dermed, vi har vist, at begyndelsen af ​​magtspredningsregimer, i modsætning til de traditionelle antagelser, er de samme med eller uden det eksterne påførte magnetfelt, " siger Evgeniy Talantsev. "Derudover, i denne avis, vi viste, at superlederen husker sin magnetiske historie for evigt. Alle ændringer, der sker selv uden strømtab, huskes af superlederen i uendeligt lang tid. Denne hukommelseseffekt kaldes hysterese."

De fysiske principper for effekten opdaget under den eksperimentelle observation skal underbygges teoretisk. Her, Evgeniy Talantsev regner med bistand fra forskere og studerende fra Forsknings- og Uddannelsescenteret for Nanomaterialer og Nanoteknologier. I mellemtiden Evgeniy Talantsevs team planlægger at fortsætte eksperimenter ved lave temperaturer med flydende helium, under forhold næsten identiske med forholdene for Large Hadron Collider.

Large Hadron Collider er en 27 kilometer lang underjordisk facilitet på grænsen mellem Schweiz og Frankrig til at kollidere med elementarpartikler accelereret til næsten lysets hastighed. Ved at registrere kollisioner af partikler, videnskabsmænd forsøger at se på mysteriet om skabelsen og universets struktur. Disse undersøgelser er kun mulige under forhold, hvor strømmen af ​​elementarpartikler komprimeres af et stærkt magnetfelt, en million gange stærkere end Jordens magnetfelt. Sådanne felter skabes ved hjælp af superledere, hvor en kæmpe elektrisk strøm uden tab cirkulerer i en induktor på næsten 27 kilometer lang, som er grundlaget for LHC. En stigning i energien af ​​kolliderende partikler er kun mulig, hvis størrelsen af ​​magnetfeltet øges. Produktiviteten af ​​superledere, på tur, sikres ved afkøling med flydende helium:dette stof hærder ikke selv ved en absolut nultemperatur:-273,15 grader Celsius.

I september 2008 på grund af den ukontrollable opførsel af den 27 km superledende induktansspole ved Large Hadron Collider, den største teknologiske superledende katastrofe, den såkaldte "Quench, " opstod - dette var ødelæggelsen af ​​superlederens superledende tilstand. Den planlagte stigning i strømmen i spolen resulterede i skader på LHC's kryogene system. Omkring seks tons flydende helium fordampede til atmosfæren (bemærk at 1 liter væske helium er omkring 125 gram, og koster omkring €100 euro). Heldigvis, der var ingen tilskadekomne, men LHC, som led betydelig skade på grund af ukontrolleret energiudledning, var ude af drift i mere end et år. Europæisk videnskab led tab på flere millioner dollar.

Forskningspapiret blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .