Машины-монстры: Новый сверхпроводящий электромагнит для коллайдера следующего поколения - «Наука и технологии»

Напомним нашим читателям, что самым мощным ускорителем частиц на сегодняшний день является Большой Адронный Коллайдер, кольцо которого, диаметром 26.7 километра находится неподалеку от Женевы, Швейцария. Но уже существуют планы по созданию коллайдера следующего поколения, Future Circular Collider, 100-километровое кольцо которого будет способно разгонять частицы до энергии, минимум в 10 раз превышающей способности нынешнего коллайдера. И одним из ключевых компонентов нового грандиозного сооружения станут более мощные электромагниты, первый опытный образец которых был недавно создан и испытан в Лаборатории имени Ферми (Fermilab) в США.

"В области сверхпроводящих магнитов, предназначенных для ускорителей частиц, мы уже вплотную приблизились к пределу этого вида технологии" - рассказывает Александр Злобин (Alexander Zlobin), ученый из Fermilab, - "Но мы постоянно ищем возможности, основанные на новых идеях, которые позволят пройти этот предел".

Отметим, что работа электромагнитов с сверхпроводящими обмотками основана на использовании базовых законов физики. Катушка, через которую течет электрический ток, вырабатывает магнитное поле, сфокусированное в ее центре. Использование сверхпроводящих материалов для изготовления обмоток электромагнитов, позволяет увеличить во много раз силу тока в катушке и, как следствие, силу вырабатываемого ею магнитного поля.

Сверхпроводящие магниты, работающие на нынешнем коллайдере, вырабатывают магнитное поле, силой в 8.3 Тесла. Новый же магнит, созданный в Fermilab, рассчитан на создание магнитного поля, силой в 15 Тесла, хотя во время первых испытаний отметка силы вырабатываемого им поля добралась до отметки в 14.1 Тесла. Однако, испытания магнита проводились при температуре обмоток в 4.5 Кельвина, что на 1.9 градуса выше реальной температуры работы электромагнитов в коллайдере. И ученые надеются, что при снижении температуры до рабочей отметки, новый магнит сможет выработать магнитное поле расчетной силы, а его конструкция станет основой конструкции магнитов на 16 Тесла, которые уже будут использоваться в коллайдере следующего поколения.

Ключевым моментом в создании нового электромагнита стала замена сверхпроводящего материала, титаната ниобия, на другой материал, ниобата олова (Nb3Sn). Новый материал способен не только выдерживать более мощные электрические токи, он способен выдерживать огромные физические нагрузки, возникающие от воздействия собственного магнитного поля, не теряя, при этом, сверхпроводимости.

И в заключение отметим, что коллайдер Future Circular Collider, который придет на смену Большому Адронному Коллайдеру, за счет более высокой энергии разгона частиц сможет обеспечить изучение совершенно новых физических явления и обнаружение новых частиц, диапазон массы-энергии которых выходит за пределы возможностей нынешнего коллайдера. Более того, как надеются ученые, новый коллайдер позволит им заглянуть в совершенно новые области физики, выходящие за пределы существующей Стандартной Модели физики элементарных частиц, и способные снабдить человечество массой новых технологий, которые являются сейчас для нас чем-то из разряда волшебства или научной фантастики.

Машины-монстры - все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.