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.
Jaki jest najlepszy przewodnik?
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.
Magnesy przyszłości
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.
