Neděle, 27 září
Shadow

Malý testovací magnet dosáhl v CERN rekordního pole 13,5 tesla

V rámci projektu SMC vznikají v CERN nové supermagnety.
V rámci projektu SMC vznikají v CERN nové supermagnety

V rámci programu „Short model coil“ (SMC –  prototyp krátké cívky) vědci testují nové technologie a materiály pro silné magnety. Vědci pracují s relativně malými cívkami, které jsou dlouhé 30 cm. Technologie vyvinuté v rámci SMC mohou inženýrům pomoct vyrobit silnější magnety pro LHC, případně pro jiné budoucí urychlovače.

Na urychlovači LHC jsou v současnosti použity supravodivé magnety ze slitiny niobu a titanu, jejich magnetické pole udržuje částice na kruhové dráze a také slouží k fokusaci svazku. Ale tyto magnety nemají dostatečné pole, aby byla fokusace dostatečná. Současné magnety mají své limity i z hlediska energie svazku, který jsou schopny udržet. Pokud chceme při daném magnetickém poli zvýšit maximální energii částic, musíme postavit větší urychlovač, takže nové silnější magnety můžou ušetřit nemalé prostředky. Z těchto důvodů se inženýři zabývají hledáním nových supravodivých materiálů, novým favoritem je slitina niobu a cínu.

„S existující niob-titanovou technologií jsme schopni dosáhnout maximálně magnetického pole o velikosti 8 tesla,“ říká Juan Carlos Perez, který vede projekt SMC. „Magnetické pole, vytvořené pomocí nového materiálu může být alespoň o 50% větší.“

Slitina niobu a cínu je velmi dobrým supravodivým materiálem, který zřejmě umožní generovat magnetické pole v rozsahu 15-20 tesla. Přestože tento materiál byl objeven dříve než slitina niobu a titanu, není v urychlovačích běžně používán, protože jeho výroba a obrábění jsou poměrně náročné.

„Niob-cín musí být přiveden k dost vysoké teplotě – asi 650°C, aby se zformovala fáze schopná přejít do supravodivého stavu, po této tepelné úpravě se ale stává extrémně křehkým,“ vysvětluje Perez. „V rámci projektu SMC vyvíjíme postupy, které nám umožní se s těmito vlastnostmi nového materiálu poprat, intenzivně spolupracujeme s americkými vysokými školami, které do této technologie investovaly velké prostředky.“

Inženýři, kteří pracují na magnetech pro program zvýšení luminozity (v podstatě plošná hustota urychlených částic) na LHC, by v ideálním případě chtěli dosáhnout magnetického pole o intenzitě 12 T. Takto vysoké magnetické pole by umožnilo silnější vazbu na kruhovou trajektorii i zaostřování svazku pomocí dipólů a kvadrupólů na urychlovači LHC.

„Během následujících deseti let chceme postavit sadu nových „final-focus“ magnetických kvadrupólů v blízkosti hlavních experimentů na urychlovači LHC. Jejich vyšší magnetické pole umožní menší průřez svazku v oblasti srážek v centru detektoru,“ dodává Perez. „Díky tomu se nám podaří zvýšit počet srážek za vteřinu a tím pádem získáme i větší množství zajímavých dat. V dlouhodobém horizontu – během příštích dvaceti let – se niob-cín stane klíčovým materiálem. Budoucím konstruktérům to umožní zvýšit energii částic dostupnou v urychlovači na pětinásobek, možná desetinásobek, oproti LHC.“

Současný světový rekord pro magnety ze slitiny niobu a cínu v dipólové konfiguraci je 16,1 tesla a dosáhla ho americká výzkumná skupina z Lawrencovy národní laboratoře v Berkley. Nejnovější SMC vyrobená v CERN dosáhla rekordní hodnoty 13,5 T. Magnet využívá kabelovou geometrii, velmi blízkou dipólům, které se v CERN právě vyvíjejí a jsou navrženy na 11 T. „Stále před sebou máme dlouhou cestu,“ uzavírá Perez. „Projekt SMC je ale první odvážný krok správným směrem.“

Zdroj: CERN

 

Absolutní světový rekord v intenzitě nedestruktivního magnetického pole je ještě mnohem vyšší – asi 100 T. Této hodnoty bylo ovšem dosaženo ve velkém specializovaném zařízení v Národní laboratoři v Los Alamos a navíc v pulsním režimu. Možnosti supravodivých magnetů jsou ale podstatně omezenější, supravodivý stav nemá rád pouze nárůst teploty, ale je charakterizován i kritickou hodnotou proudu a magnetického pole, takže úspěch inženýrů v CERN má velkou hodnotu. Jen dodejme, že magnetické pole Země je asi 50 µT, maximální dosažené umělé pole je tedy 2 milionkrát silnější.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..