由费米国家加速器实验室的弗拉基米尔·希尔采夫和亚历山大·兹洛宾拍摄
费米实验室加速器部门的亨里克·皮卡兹控制高温超导磁体原型中的低温物质的流动
信用:瑞安·波斯特尔，费米实验室 用于粒子加速器的低成本、高能效的快速循环磁体对于粒子物理研究至关重要
它们的性能决定了圆形粒子加速器接收一束粒子的频率，将它们推进到更高的能量，将它们送到实验或目标站，然后再重复一遍
美国物理学家、工程师和技术人员组成的小团队
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由Henryk Piekarz领导的能源部费米国家粒子加速器实验室刚刚展示了世界上最快的粒子加速器磁体磁上升速率
值得注意的是，他们通过使用由高能效高温超导材料制成的磁体实现了这一记录
最好的指挥是什么？ 尽管超导导线有许多吸引人的特点，但速度最快的高能粒子加速器仍然使用室温下运行的铜导体磁体
例如日本JPARC的3 GeV质子环，其特点是磁场以每秒70特斯拉的速度变化，峰值磁场达到1
1特斯拉，以及费米实验室的8 GeV升压环，实现了30 T/s的斜坡率和0的峰值场
7特斯拉
现代粒子加速器中使用的大多数强大的超导磁体在增加磁场时相对较慢
他们的主要目标是提升到一个高峰值磁场来引导粒子围绕一个环，同时电场将粒子推向越来越高的能量
能量越高，磁场就越强，这样当粒子绕环运行时，就能保持粒子的轨迹
费米实验室的泰瓦特龙加速器是第一台基于超导转向磁铁的机器
4的斜坡
4特斯拉磁铁达到全磁强度需要一分半多钟，而电场将粒子的能量提高到1 TeV
今天，世界上最强大的加速器，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，使用超导转向磁铁，在大约20分钟内上升到近8特斯拉，而加速器将粒子推进到6
5 TeV
这对应于大约0的斜坡率
并且比在室温下工作的传统加速器磁体的上升速率慢得多
现在，一个超导加速器测试磁体正在以上升速度领先，因为费米实验室的高温超导体测试磁体已经产生了高达290吨/秒的速度，同时达到了大约0
5特斯拉
研究结果已经在arXiv上发表，并在本月由IEEE超导委员会举办的第27届国际磁体技术会议上进行了报告
Piekarz和他的同事希望通过增加流经磁体的电流来获得更高的磁场强度，同时保持较高的上升速率
双孔高温超导加速器磁体测试装置
信用:瑞安·波斯特尔，费米实验室 解决方案:高温超导体 两个主要问题是限制现在普遍使用的“低温”超导加速器磁体的磁上升速率
第一个是斜坡过程中超导体的加热，因为涡流会在超导体中产生大量的热沉积
这种加热随着磁场幅度和上升速率的增加而迅速增加
第二个是传统低温超导体的温度变化幅度非常小，例如铌钛和铌锡，它们用于大多数现代超导加速器磁体
即使温度稍微升高，也会导致超导磁体不希望的转变为正常的导电电阻状态
解决这些问题的办法是利用被称为YBCO的“高温”超导材料的独特性能
利用这种材料，皮卡兹和他的团队设计了一种磁铁，并在6到20 K的温度和高达1000安培的电流下运行
在记录设置斜坡测试期间获得的磁场峰值强度受到测试中使用的电源提供的电流的限制
Piekarz和他的团队计划在未来扩展电源能力，可能实现更高的速率，因为他们将对这种先进磁体技术的最终能力进行进一步研究
这些快速循环磁体的开发对于未来中微子研究至关重要，包括快速循环质子同步加速器、未来环形对撞机的粒子注入器以及脉冲μ子对撞机的设计
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