美國(guó)能源部費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家日前宣布，他們獲得了加速器轉(zhuǎn)向磁鐵迄今最高場(chǎng)強(qiáng)——將磁鐵冷卻到零下270攝氏度左右時(shí)，創(chuàng)下14.1T（特斯拉）的新世界紀(jì)錄。此前，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在同樣溫度下創(chuàng)下13.8T的紀(jì)錄，并保持了11年之久。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室刷新加速器磁鐵磁場(chǎng)強(qiáng)度世界紀(jì)錄。
圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
物理學(xué)家組織網(wǎng)在9日的報(bào)道中指出，對(duì)于計(jì)劃建造大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）“繼任者”的粒子物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)最新研究是一個(gè)重要的里程碑。未來(lái)高能強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)成功的一個(gè)關(guān)鍵因素是高場(chǎng)強(qiáng)磁鐵。因?yàn)槲磥?lái)的環(huán)形對(duì)撞機(jī)需要將質(zhì)子加速到LHC質(zhì)子能量的好幾倍，所以需要比LHC更強(qiáng)的轉(zhuǎn)向磁鐵。與目前LHC磁鐵中使用鈮—鈦不同，國(guó)際高能物理學(xué)界正致力于研制15T的鈮—錫磁鐵，其核心是名為鈮—錫的先進(jìn)超導(dǎo)材料。鈮—錫可支撐更大的電流但很脆弱，在加速磁鐵工作時(shí)容易受力破損。
為此，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室費(fèi)的亞歷山大·佐羅賓領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研究出一種新型設(shè)計(jì)，讓鈮—錫線圈在運(yùn)行過(guò)程中不受任何應(yīng)力和應(yīng)變的影響。
在新設(shè)計(jì)中，幾十根圓形電線以某種方式扭曲成電纜，使之滿足必要的電力和力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。將電纜纏繞成線圈后，研究人員對(duì)其進(jìn)行為期兩周的高溫處理，讓鈮—錫導(dǎo)線“改頭換面”，在約零下270攝氏度時(shí)變成超導(dǎo)體。接著，他們將幾個(gè)線圈封裝在由帶有鋁夾的鐵軛和不銹鋼外殼組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)，使線圈能抵御使其變形的巨大電磁力，最終取得了成功。
在接下來(lái)幾個(gè)月里，該小組計(jì)劃加強(qiáng)線圈的力學(xué)支撐，在今年秋天重新測(cè)試磁鐵，希望實(shí)現(xiàn)15T的設(shè)計(jì)目標(biāo)。佐羅賓解釋說(shuō)：“設(shè)計(jì)這樣的磁鐵需要考慮很多因素：磁場(chǎng)參數(shù)、超導(dǎo)線纜、力學(xué)結(jié)構(gòu)及其在組裝運(yùn)行中的性能、磁鐵技術(shù)以及運(yùn)行過(guò)程中的磁鐵保護(hù)等?！?/p>
團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)不止于此。佐羅賓說(shuō)：“我們計(jì)劃將鈮—錫磁鐵的強(qiáng)度提高到17T。而且，我們或許能使用新型先進(jìn)超導(dǎo)材料，設(shè)計(jì)出強(qiáng)度可達(dá)20T的轉(zhuǎn)向磁鐵?！?/p>
