Вышел обзор по сверхсильным магнитам для будущих коллайдеров
В журнале Annual Review of Nuclear and Particle Science вышел обзор, посвященный прогрессу в задаче создания сверхпроводящих магнитов для коллайдеров нового поколения. Ожидается, что в этих коллайдерах частицы (протоны или мюоны) будут разгоняться до очень больших энергий. Их придется удерживать на орбите сверхсильным магнитным полем, которое будут создавать сверхпроводящие магниты нового поколения. Сейчас рекордное магнитное поле, используемое в реально действующем ускорителе (LHC), составляет 8 тесла. Для будущих проектов физики-ускорительщики запрашивают поля в 15 тесла и даже выше. При этом такие поля должны быть стабильны и однородны по всему объему, а сами магниты должны будут работать многие годы в условиях сверхжесткой радиации.
Технология, по которой сделаны магниты LHC, не позволяет подняться выше 10 Тл. Для работы на 15 Тл потребуются магниты на основе материала Nb3Sn (ниобий-олово). Работа с еще более сильными полями, около 20 Тл и выше, потребует, по всей видимости, перехода к высокотемпературной сверхпроводимости. Сейчас ведется длительная программа по разработке таких магнитов, и продлится она еще не один год (и даже, вероятно, не одно десятилетие). Пока что цель — продемонстрировать первую рабочую и не слишком затратную версию технологии создания ускорительных магнитов на 15–16 тесла.
Для примера, даже относительно скромные в этом отношении квадрупольные магниты с широкой апертурой, предназначенные для будущего этапа LHC с высокой светимостью, разрабатывались в рамках проекта LARP целое десятилетие. Успешное завершение этого проекта в 2014 году стало важным шагом на этом пути и тоже описано в обсуждаемом обзоре.
-
Интересно, а почему заглохла тема с каналированием частиц в кристаллах? Были ведь эксперименты и у нас и в ЦЕРНе, и была достигнута уже приемлемая эффективность отклонения пучка, которая с ростом энергии частиц будет только расти. И никаких магнитов!
-
Каналирование пригодится для коллиматоров следующего поколения, а не для поворотных магнитов. Там же жуткое взаимодействие: тратится энергия, греется кристалл, рождаются вторичные частицы. Меньше, конечно, чем без каналирования, но все равно предостаточно. Коллиматорам это не принципиально, потому что отклоненные частицы все равно надо выкидывать, а основной пучок трогать нельзя ни в коем случае. Ну и даже от гало пучка коллиматоры будут нехило нагреваться, а основной пучок просто тут же прожжет все там, несмотря на каналирование. Пучок должен летать в вакууме, тут никаких альтернативных вариантов в принципе нет.
-
Кстати, а можно ли с помощью каналирования добиться позиционирования пучка тяжелых ядер с точностью, соизмеримой с радиусом атомного ядра? Конечно, на гораздо менее интенсивных пучках, чтобы даже при криогенных температурах возможностей теплоотвода от кристалла было достаточно для отсутствия заметных термических деформаций. Но насколько я понимаю, можно надеяться на точность пьезоактюаторов, смещающих кристалл, до фемтометров в самых лучших условиях, так что вопрос в том, не будет ли полуширина пучка даже в криогенных условиях заметно больше из-за каких-то остаточных факторов? Если такое осуществимо на десятках МэВ, можно будет синтезировать сверхтяжелые элементы с более высоким КПД, хотя и с ограничением на интенсивность пучка...
-
-
-
Насколько мне известно, основная проблема ВТСП заключается в том, что это изначально изоляторы/полупроводники, и становятся они сверхпроводниками, понятно, при температуре ниже критической, но и, еще, только в объеме кристаллической фазы. В этом заключается их принципиальное отличие от явления классической сверхпроводимости, где нет такого ограничения. А ограничение заключается в том, что на границе контакта кристаллитов ВТСП возникает обычное омическое сопротивление. При больших токах контактное сопротивление сводит на нет всю собственную сверхпроводимость ВТСП. По-другому: либо нужно как-то обходить проблему контактной проводимости, либо "делать монокристаллический магнит" из высокотемпературного сверхпроводника. Ясно, что второй вариант нереален, поэтому, насколько я знаю, пытаются развиваться в первом направлении.
Но зачастую если взять ВТСП и охладить его намного ниже критической температуры - до уровней сравнимых с используемыми при охлаждении "обычных" СП - рабочие параметры получаются наоборот лучше.
А зачем сейчас на LHC проводят сеансы на энергии 2.51 ТэВ? Зачем 2,51, если есть 6,5 ТэВ?
-
Это как бы подготовка (научная, не техническая) к ядерным столкновениям. Ядра будут иметь энергию 6,5*Z/N в расчете на один нуклон. Поэтому если мы хотим посмотреть на сугубо ядерные эффекты (например, в количестве рожденных мезонов того или иного сорта), надо сравнивать их столкновения с аналогичным по энергии столкновением отдельных протонов.
Новости науки: физика
