2019-03-14 00:02:02
科学家们让大型强子对撞机更加安全

由乌拉尔联邦大学研究和教育中心的高级研究员Evgeniy Talantsev领导的国际研究小组已经开始接近提高像大型强子对撞机(LHC)这样复杂而昂贵的设施的可靠性的任务。实验结果发表在“科学报告”期刊上,题为“高温超导体的耗散开始:磁滞和场依赖”。

Evgeniy Talantsev解释说,“在液氮温度(约-190摄氏度)下使用第二代高温超导体的过程中,我们发现随着电流的增加,电力消耗的开始显然与从电流产生的磁场的非线性行为(以及在超导体表面上的任何点处测量)到线性的突然转变。磁场的线性增加和电流的线性增加是固有的共同依赖性。金属和半导体,即具有规则线性电阻的材料,欧姆定律适用于此。

“换句话说,即使超导体在耗散开始时的电阻比最好的金属低约数千亿倍,并且非常非线性并且增加了数千万倍,根据电流强度的磁场被证明是线性的,并且很容易被常规的低温霍尔传感器检测到,“Talantsev说。

该实验首先在没有任何外部施加的磁场的情况下进行,因此,当施加外部磁场时,没有在超导体中发生的大量额外效应。

“没有外部施加磁场的实验非常简单。但是没有人进行它并分析我们面前的结果:每个人都在强磁场中运行它。我们的方法的意义在于我们解决了解释中的所有漏洞结果是外部磁场的影响。因此,可以说我们发现的效果具有根本性,“研究人员解释道。

科学家们还检查了当向超导体施加强磁场时,从非线性到线性磁场依赖性的转变是否仍然存在于电流增加的影响。这很重要,因为大型强子对撞机中技术灾难的条件包括施加的外部磁场。

“事实证明,在外部施加磁场的实验中,在功率耗散开始时观察到的超导体自身磁场的线性特征与没有外部磁场时观察到的相同。因此,我们已经证明了与传统假设相反,功耗方案在有或没有外加磁场的情况下是相同的,“Evgeniy Talantsev说。 “此外,在本文中,我们发现超导体永远记住它的磁场历史。即使没有功耗也会发生的所有变化都会被超导体长时间记住。这种记忆效应称为滞后现象。”

在实验观察中发现的效应的物理原理在理论上得到证实。在这里,Evgeniy Talantsev依靠纳米材料和纳米技术研究和教育中心的科学家和学生的帮助。与此同时,Evgeniy Talantsev的团队计划在与大型强子对撞机条件几乎相同的条件下,使用液氦在低温下继续进行实验。

大型强子对撞机是一个位于瑞士和法国边界的27公里地下设施,用于碰撞基本粒子加速到接近光速。通过记录粒子碰撞,科学家们试图探究宇宙创造和结构的神秘面纱。这些研究只有在基本粒子流被强磁场压缩的情况下才有可能,强磁场比地球磁场强百万倍。这些场是使用超导体产生的,其中巨大的无损耗电流在长达27公里的电感器中循环,这是LHC的基础。只有当磁场的大小增加时,才有可能增加碰撞粒子的能量。反过来,通过用液氦冷却确保超导体的生产率:即使在绝对零温度下,该物质也不会硬化:-273.15摄氏度。

2008年9月,由于大型强子对撞机27公里超导电感线圈无法控制的行为,发生了最大的技术超导灾难,即所谓的“淬火”,这就是超导体超导状态的破坏。计划增加的线圈电流导致大型强子对撞机的低温系统受损。大约六吨液态氦蒸发到大气中(注意1升液氦约125克,成本约100欧元)。幸运的是,没有人员伤亡,但由于不受控制的能量耗散而遭受严重破坏的大型强子对撞机已停止使用超过一年。欧洲科学遭受了数百万美元的损失。

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