作者安德烈·萨勒斯，费米国家加速器实验室 这个半米长的铌锡超导波动磁体原型是由三个美国科学家组成的团队设计和制造的
S
能源部国家实验室
下一步将是建造一个一米长的版本，并将其安装在阿尔贡的高级光子源
荣誉:易卜拉欣·凯金，阿尔贡国家实验室 有了足够强大的光，你可以看到人们曾经认为不可能的事情
大规模的光源设备产生这种强有力的光，科学家们用它来制造更耐用的材料，制造更高效的电池和计算机，并了解更多关于自然界的知识
说到建造这些大型设施，空间就是金钱
如果你能从更小的设备中获得更高能量的光束，你就能节省数百万的建设成本
再加上有机会显著提高现有光源的能力，你就有了一个项目背后的动力，这个项目吸引了三个美国大学的科学家
S
能源部国家实验室
这个团队刚刚实现了一个重要的里程碑，这个里程碑已经存在了15年多:他们设计、建造并全面测试了一个新的半米长的最先进的原型磁体，满足了在现有和未来光源设施中使用的要求
根据美国能源部阿尔贡国家实验室的杰出研究员艾菲姆·格鲁什金的说法，下一步是扩大这个原型的规模，建造一个超过一米长的原型，并将其安装在高级光子源上，这是位于阿尔贡的美国能源部科学办公室的一个用户设施
但是，虽然这些磁铁将与APS等光源兼容，但他说，这里真正的投资是在尚未建成的下一代设施上
“这项技术的真正规模是为了未来的自由电子激光设备，”格鲁斯基说
“如果你缩小设备的尺寸，你就缩小了隧道的尺寸，如果你能做到这一点，你就能节省数千万美元
这有很大的不同
" 这一长期目标使格鲁斯基和他的阿尔贡同事与劳伦斯·伯克利国家实验室和费米国家加速器实验室的科学家合作，这两个实验室都是美国能源部的实验室
几十年来，每个实验室都在研究超导技术，近年来，他们把研究和开发的重点放在铌和锡的合金上
这种材料仍然处于超导状态——这意味着它对流经它的电流没有阻力——即使它产生高磁场，这使得它非常适合制造所谓的波动磁体
像APS这样的光源通过吸收电子在储存环内循环时释放的能量来产生光子束(光的粒子)
波动磁铁是将能量转化为光的装置，用它们产生的磁场越高，同样大小的装置产生的光子就越多
APS现在安装了一些超导波动磁铁，但它们是由铌钛合金制成的，几十年来一直是标准配置
根据伯克利实验室的高级科学家索伦·普雷斯托蒙的说法，铌钛超导体对较低的磁场有好处——它们在10特斯拉左右停止超导
(这比你典型的冰箱磁铁强8000倍
) “铌-3锡是更复杂的材料，”普雷斯特蒙说，“但它能够在更高的电场中传输电流
它的超导性高达23特斯拉，在较低的磁场下，它可以携带铌钛三倍的电流
这些磁铁在4
2开尔文，大约零下450华氏度，以保持超导
" 普雷斯特蒙一直处于伯克利铌-3锡研究项目的前沿，该项目始于20世纪80年代
新设计是在阿尔贡开发的，建立在普雷斯特蒙和他的同事们以前的工作基础上
他说:“这是第一台铌-3锡波动器，它既符合设计电流规格，又经过了束流传输磁场质量的全面测试。”
据萨沙·兹洛宾说，费米实验室在20世纪90年代开始研究这种材料，他在那里发起并领导了铌-3锡磁体项目
费米实验室的铌-3锡计划集中在粒子加速器的超导磁体上，如瑞士欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机和即将在费米实验室建造的PIP-II线性加速器
“我们已经展示了高磁场铌-3锡磁体的成功，”兹洛宾说
“我们可以将这些知识应用到基于这种超导体的超导波动器上
" 据该团队称，该过程的一部分是学习如何避免磁体在接近所需磁场水平时过早淬火
当磁体失去无阻力传导电流的能力时，产生的反冲称为失超，它消除了磁场，并会损坏磁体本身
该团队在《2020年应用超导会议论文集》中报告说，他们的新设备容纳的电流量几乎是目前APS中铌钛超导波荡器的两倍，磁场更强
该项目借鉴了阿尔贡在超导波荡器制造和运行方面的经验，以及伯克利和费米实验室在铌-3锡方面的知识
费米实验室帮助指导了这一过程，就超导导线的选择提供建议，并分享他们技术的最新发展
伯克利设计了一个最先进的系统，使用先进的计算技术来检测淬火和保护磁铁
在阿尔贡，原型由一组工程师和技术人员在项目经理伊布拉希姆·凯金的指导下进行设计、制造、组装和测试，由尤里·伊万纽申科夫领导的APS超导波动器团队的成员对设计、建造和测试做出了贡献
研究小组计划在APS的第一区安装他们的全尺寸原型，该原型将于明年完成，它利用更高能量的光子束来观察更厚的材料样本
这将是该设备的试验场，表明它可以在工作光源下按照设计规格工作
但是Gluskin说，他们的目标是将铌钛和铌-3锡这两种技术转移给工业伙伴，并为未来的高能光源设施制造这些设备
“关键是在实验室和美国能源部研究和发展基金的支持下，稳定和持续的工作，”格鲁斯基说
“要达到这一点，需要循序渐进
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
