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14.1T!加速器磁铁场强刷新世界纪录

2019-09-11 11:25 科技日报刘霞

图片来源：物理学家组织网

美国能源部费米实验室的科学家日前宣布，他们获得了加速器转向磁铁迄今最高场强——将磁铁冷却到零下270摄氏度左右时，创下14.1T（特斯拉）的新世界纪录。此前，劳伦斯伯克利国家实验室在同样温度下创下13.8T的纪录，并保持了11年之久。

物理学家组织网在9月9日的报道中指出，对于计划建造大型强子对撞机（LHC）“继任者”的粒子物理学家来说，这项最新研究是一个重要的里程碑。未来高能强子对撞机成功的一个关键因素是高场强磁铁。因为未来的环形对撞机需要将质子加速到LHC质子能量的好几倍，所以需要比LHC更强的转向磁铁。与目前LHC磁铁中使用铌—钛不同，国际高能物理学界正致力于研制15T的铌—锡磁铁，其核心是名为铌—锡的先进超导材料。铌—锡可支撑更大的电流但很脆弱，在加速磁铁工作时容易受力破损。

为此，费米实验室费的亚历山大·佐罗宾领导的团队研究出一种新型设计，让铌—锡线圈在运行过程中不受任何应力和应变的影响。

在新设计中，几十根圆形电线以某种方式扭曲成电缆，使之满足必要的电力和力学标准。将电缆缠绕成线圈后，研究人员对其进行为期两周的高温处理，让铌—锡导线“改头换面”，在约零下270摄氏度时变成超导体。接着，他们将几个线圈封装在由带有铝夹的铁轭和不锈钢外壳组成的结构内，使线圈能抵御使其变形的巨大电磁力，最终取得了成功。

在接下来几个月里，该小组计划加强线圈的力学支撑，在今年秋天重新测试磁铁，希望实现15T的设计目标。佐罗宾解释说：“设计这样的磁铁需要考虑很多因素：磁场参数、超导线缆、力学结构及其在组装运行中的性能、磁铁技术以及运行过程中的磁铁保护等。”

团队的目标不止于此。佐罗宾说：“我们计划将铌—锡磁铁的强度提高到17T。而且，我们或许能使用新型先进超导材料，设计出强度可达20T的转向磁铁。”

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