Stworzono magnesy o najszybszym przyroście pola magnetycznego na świecie
Magnesy odgrywają kluczową rolę w badaniach naukowych - bez nich akceleratory cząstek nie byłyby w stanie prawidłowo funkcjonować. Nie wszystkie magnesy są takie same, a niektóre generują pole magnetyczne szybciej od innych. Naukowcy z Fermilab stworzyli nowego rekordzistę.
Zespół fizyków z Fermi National Particle Accelerator Laboratory (Fermilab), kierowany przez Henryka Piekarza, zademonstrował najszybsze na świecie tempo narastania pola magnetycznego w magnesach akceleratorów cząstek. Nie byłoby to możliwe, gdyby nie zastosowanie energooszczędnego, wysokotemperaturowego materiału nadprzewodzącego.
W akceleratorach cząstek o wysokich energiach nadal stosuje się magnesy z przewodnikami miedzianymi pracujące w temperaturze pokojowej. Przykładem może być japoński akcelerator protonów J-PARC (o mocy 3 GeV), w którym pole magnetyczne zmienia się z prędkością 70 T/s (tesli na sekundę) i osiąga wartość maksymalną 1,1 T czy pierścień w Fermilab o mocy 8 GeV, w którym prędkości narastania wynosi 30 T/s (wartość maksymalna to 0,7 T).
Zadaniem każdego magnesu w akceleratorze cząstek jest jak najszybsze osiągnięcie wartości maksymalnej pola magnetycznego. Niestety, większość stosowanych magnesów nadprzewodzących we współczesnych akceleratorach cząstek jest dość powolna.
Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w CERN, wykorzystuje nadprzewodzące magnesy sterujące, które zwiększają swoją moc do prawie 8 T w ciągu ok. 20 minut, podczas gdy akcelerator rozpędza cząstki do 6,5 TeV. Odpowiada to szybkości narastania około 0,006 T/s i jest znacznie wolniejsze niż szybkość narastania konwencjonalnych magnesów pracujących w temperaturze pokojowej.
Teraz zespół fizyków z Fermilab zaprezentował najszybsze na świecie tempo narastania pola magnetycznego w akceleratorach cząstek. Testowy magnes nadprzewodzący cechuje się prędkością narastania do 290 T/s, osiągając przy tym maksymalne natężenie pola magnetycznego wynoszące ok. 0,5 T. Naukowcy twierdzą, że wyniki te da się jeszcze poprawić.
Istnieją dwa główne problemy, które ograniczają szybkość narastania pola magnetycznego w niskotemperaturowych magnesach nadprzewodzących akceleratorów, które są stosowane powszechnie na świecie. Pierwszym z nich jest nagrzewanie się nadprzewodnika, wywołane przez prądy wirowe, które tworzą duże depozyty ciepła. Drugi problem to mały margines zmian temperatury w magnesach niobowo-tytanowych i niobowo-cynowych.
Rozwiązaniem tych problemów jest wykorzystanie unikalnych właściwości wysokotemperaturowego materiału znanego jako YBCO. Zespół Piekarza zaprojektował magnes pracujący w temperaturze 6-20 K i przy natężeniu rzędu 1000 A. Rozwój magnesów jest kluczowy dla potencjalnych badań nad neutrinami.
