ความแรงของสนามที่บันทึกสถิติโลกสำหรับแม่เหล็กตัวเร่ง

นักวิทยาศาสตร์จาก Fermilab ของ Department of Energy ได้ประกาศว่าพวกเขาบรรลุความแรงของสนามแม่เหล็กสูงสุดเท่าที่เคยมีการบันทึกสำหรับแม่เหล็กบังคับเลี้ยวแบบคันเร่ง โดยสร้างสถิติโลกที่ 14.1 เทสลา โดยแม่เหล็กเย็นลงถึง 4.5 เคลวินหรือลบ 450 องศาฟาเรนไฮต์ บันทึกก่อนหน้านี้ที่ 13.8 เทสลา ซึ่งทำได้ที่อุณหภูมิเดียวกัน จัดขึ้นเป็นเวลา 11 ปีโดย Lawrence Berkeley National Laboratory นั่นเป็นแม่เหล็กที่แรงกว่าแม่เหล็กติดตู้เย็นนับพันเท่าซึ่งจะยึดรายการซื้อของของคุณไว้กับตู้เย็น ความสำเร็จนี้เป็นความสำเร็จครั้งสำคัญสำหรับชุมชนฟิสิกส์ของอนุภาค ซึ่งกำลังศึกษาการออกแบบ Collider ในอนาคตที่สามารถทำหน้าที่เป็นผู้สืบทอดที่มีศักยภาพของ Large Hadron Collider ที่ทรงพลังซึ่งทำงานในห้องทดลองของ CERN ตั้งแต่ปี 2009 เครื่องจักรดังกล่าวจำเป็นต้องใช้ เพื่อเร่งโปรตอนให้มีพลังงานสูงกว่าที่ LHC หลายเท่า และนั่นทำให้ต้องใช้แม่เหล็กในการบังคับเลี้ยวที่แรงกว่าของ LHC ประมาณ 15 เทสลา Alexander Zlobin นักวิทยาศาสตร์ของ Fermilab ซึ่งเป็นผู้นำโครงการของ Fermilab กล่าวว่า "เราได้ทำงานเพื่อทำลายกำแพง 14 เทสลามาเป็นเวลาหลายปี ดังนั้น การมาถึงจุดนี้จึงเป็นขั้นตอนที่สำคัญ" "เราได้ 14.1 เทสลาด้วยแม่เหล็กสาธิต 15 เทสลาของเราในการทดสอบครั้งแรก ตอนนี้เรากำลังทำงานเพื่อดึงเทสลาออกมาอีกหนึ่งรุ่น" ความสำเร็จของ Hadron Collider พลังงานสูงในอนาคตขึ้นอยู่กับแม่เหล็กสนามสูงที่ทำงานได้ และชุมชนฟิสิกส์พลังงานสูงระหว่างประเทศกำลังสนับสนุนการวิจัยเกี่ยวกับแม่เหล็กไนโอเบียม-ดีบุก 15 เทสลา หัวใจของการออกแบบแม่เหล็กคือวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่เรียกว่าไนโอเบียม-ดีบุก กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะสร้างสนามแม่เหล็ก เนื่องจากกระแสไฟฟ้าไม่พบความต้านทานเมื่อวัสดุเย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำมาก จึงไม่สูญเสียพลังงานและไม่ก่อให้เกิดความร้อน กระแสทั้งหมดมีส่วนในการสร้างสนามแม่เหล็ก กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณจะได้รับแม่เหล็กจำนวนมากสำหรับเจ้าชู้ไฟฟ้า ความแรงของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสที่วัสดุสามารถรับได้ ซึ่งแตกต่างจากไนโอเบียม-ไททาเนียมที่ใช้ในแม่เหล็ก LHC ปัจจุบัน ไนโอเบียม-ดีบุกสามารถรองรับปริมาณกระแสที่จำเป็นในการสร้างสนามแม่เหล็ก 15 เทสลา แต่ไนโอเบียม-ดีบุกนั้นเปราะและแตกหักได้ง่ายเมื่ออยู่ภายใต้แรงมหาศาลที่ทำงานภายในแม่เหล็กเร่งความเร็ว ดังนั้น ทีมงานของ Fermilab จึงพัฒนาการออกแบบแม่เหล็กที่จะยึดขดลวดกับทุกความเครียดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงาน ลวดกลมหลายสิบเส้นถูกบิดเป็นสายเคเบิลด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ทำให้มันเป็นไปตามข้อกำหนดทางไฟฟ้าและทางกลที่จำเป็น สายเคเบิลเหล่านี้ถูกพันเป็นขดและได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลาประมาณสองสัปดาห์ โดยมีอุณหภูมิสูงสุดประมาณ 1,200 องศาฟาเรนไฮต์ เพื่อเปลี่ยนสายไฟไนโอเบียม-ดีบุกให้เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิการทำงาน ทีมงานได้ห่อหุ้มขดลวดหลายตัวไว้ในโครงสร้างนวัตกรรมที่แข็งแกร่งซึ่งประกอบด้วยแอกเหล็กพร้อมตัวหนีบอะลูมิเนียมและผิวเหล็กกล้าไร้สนิมเพื่อให้ขดลวดมีความเสถียรจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่สามารถทำให้ขดลวดเปราะเสียรูปได้ ซึ่งจะทำให้สายไฟไนโอเบียม-ดีบุกเสื่อมสภาพ กลุ่มบริษัท Fermilab นำคุณสมบัติการออกแบบที่เป็นที่รู้จักทุกอย่างมาพิจารณา และได้ผลสำเร็จ นี่เป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ในเทคโนโลยีที่เปิดใช้งานที่สำคัญสำหรับการชนกันแบบวงกลมนอกเหนือจาก LHC" Soren Prestemon นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ Berkeley Lab และผู้อำนวยการโครงการพัฒนาแม่เหล็กของสหรัฐอเมริกาซึ่งรวมถึงทีม Fermilab กล่าว "นี่เป็นความสำเร็จครั้งสำคัญ สำหรับประชาคมระหว่างประเทศที่พัฒนาแม่เหล็กเหล่านี้ และผลที่ได้ก็ได้รับอย่างกระตือรือร้นจากนักวิจัยที่จะใช้ลำแสงจาก Collider ในอนาคตเพื่อผลักดันพรมแดนของฟิสิกส์พลังงานสูง" และทีม Fermilab ก็พร้อมที่จะสร้างชื่อเสียงในดินแดน 15 เทสลา "มีตัวแปรมากมายที่ต้องพิจารณาในการออกแบบแม่เหล็กในลักษณะนี้: พารามิเตอร์ของสนาม ลวดและสายเคเบิลตัวนำยิ่งยวด โครงสร้างทางกลและประสิทธิภาพระหว่างการประกอบและการใช้งาน เทคโนโลยีแม่เหล็ก และการป้องกันแม่เหล็กระหว่างการทำงาน" Zlobin กล่าว "ปัญหาทั้งหมดนี้มีความสำคัญมากยิ่งขึ้นสำหรับแม่เหล็กที่มีพารามิเตอร์การบันทึก" ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า กลุ่มมีแผนที่จะเสริมแรงรองรับเชิงกลของขดลวด จากนั้นจึงทดสอบแม่เหล็กอีกครั้งในฤดูใบไม้ร่วงนี้ พวกเขาคาดว่าจะบรรลุเป้าหมายการออกแบบ 15 เทสลา และพวกเขากำลังตั้งเป้าให้สูงขึ้นไปอีกสำหรับอนาคตข้างหน้า "จากความสำเร็จของโครงการนี้และบทเรียนที่เราได้เรียนรู้ เรากำลังวางแผนที่จะพัฒนาสนามแม่เหล็กไนโอเบียม-ดีบุกสำหรับเครื่องชนกันในอนาคตเป็น 17 เทสลา" Zlobin กล่าว มันไม่หยุดอยู่แค่นั้น Zlobin กล่าวว่าพวกเขาอาจสามารถออกแบบแม่เหล็กบังคับเลี้ยวที่มีขนาดถึง 20 เทสลาโดยใช้เม็ดมีดพิเศษที่ทำจากวัสดุตัวนำยิ่งยวดขั้นสูงแบบใหม่