То, что исследователи CERN в прошлом году обнаружили бозон Хиггса, еще не означает, что пришла пора закрывать самый мощный и самый большой в мире созданный людьми исследовательский инструмент. Вместо этого научное сообщество планирует модернизировать Большой Адронный Коллайдер  (БАК), установив на него более совершенные и более мощные системы, которые сделают коллайдер инструментом, который прослужит людям по крайней мере еще одно десятилетие. Одними из узлов коллайдера, которые будут подвергнуты модернизации, являются четырехполюсные магниты области взаимодействия (interaction region quadrupole magnets, IRQM), которые изготавливаются сейчас в рамках американской программы LHC Accelerator Program (LARP). Использование новых более мощных магнитов IRQM позволит не только легко обнаруживать экзотические частицы типа бозона Хиггса, но и изучать их характеристики, открывая связанные с ними тайны.

Столкновения частиц в БАК производятся в одной из четырех областей взаимодействия (Interaction Regions, IR). Количество столкновений, происходящих в зоне взаимодействия за единицу времени, называется интегральной яркостью коллайдера. В результате модернизации руководство CERN планирует увеличить интегральную яркость БАК минимум в десять раз. Большая часть оборудования БАК имеет необходимую для текущих экспериментов мощность, но этой мощности не станет хватать для проведения экспериментов на более высоком уровне энергий в будущем. И одним из таких узких мест являются магниты IRQM.

Магниты IRQM, стоящие непосредственно в области взаимодействия коллайдера, позволяют фокусировать пучки частиц за счет вырабатываемого ими сильного магнитного поля. Существующие магниты IRQM изготовлены на базе ниобата титана, сверхпроводимого материла, достаточно широко используемого в различных областях науки и техники. Основная проблема заключается в том, что ниобат титана недостаточно прочен для того, чтобы выдержать воздействие высоких температур и жесткого излучения, источниками которых являются столкновения высокоэнергетических частиц. Любой, даже самый крошечный, дефект структуры магнита приведет к нарушению сверхпроводящего состояния магнита, к искажению формы магнитного поля и к расфокусировке луча протонов.



Магнит IRQM


Но новые магниты IRQM, изготавливаемы в рамках программы LARP, сильно отличаются от магнитов, установленных сейчас на коллайдере. Эти магниты, имеющие название HQ02a, которое достаточно сложно расшифровывается, изготовлены из ниобата олова. Этот сверхпроводимый материал нового поколения разработан специально для использования в охлаждаемых жидким гелием магнитах БАК. Использование нового материала позволяет получить более сильное магнитное поле в более большой апертуре, 120 мм против 70 мм, материал имеет более широкий диапазон рабочих температур и может выдерживать воздействие жесткой радиации. В целом, сверхпроводящие обмотки магнита HQ02a могут обеспечить магнитное поле в 12 Тесла, что является 50-процентным увеличением по сравнению с магнитами предыдущего поколения.

Единственная проблема с ниобатом олова заключается в том, что этот материал при температурах, близких к абсолютному нулю, является чрезвычайно хрупким. Под воздействием вырабатываемого им самим магнитного поля этот материал может попросту разрушиться. Для решения указанной проблемы инженеры программы LARP разработали сложную алюминиевую структуру, которая, как раковина улитки, держит в целости и сохранности обмотки магнита HQ02a во время работы под полной нагрузкой.

"Это является главным шагом на пути достижения конечной цели нашей программы" - рассказывает Брюс Штраус (Bruce Strauss), один из руководителей программы LARP, - "Но это не должно рассматриваться как единичное достижение. Реализации многих новых технологий, методов и инженерных решений при разработке конструкции, создании и тестирования магнитов на основе Nb3Sn могут использоваться во многих других областях промышленности, науки и техники, там, где применяются мощные сверхпроводящие магниты".

Машины-монстры - все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.