La próxima generación de imanes de acelerador de vanguardia ya no es solo una idea. Pruebas recientes revelaron que Estados Unidos y el CERN han cocreado con éxito un prototipo de imán de acelerador superconductor que es mucho más poderoso que los que se encuentran actualmente dentro del Gran Colisionador de HadronesLos ingenieros incorporarán más de 20 imanes similares a este modelo en la próxima iteración del LHC, que tomará el escenario en 2026 y aumentará la luminosidad del LHC en un factor de diez. Esto se traduce en un aumento de diez veces en la velocidad de datos..
"Construir este prototipo de imán fue realmente un esfuerzo internacional", dice Lucio Rossi, director del proyecto LHC de alta luminosidad HighLumi en el CERN. "La mitad de las bobinas magnéticas dentro del prototipo se produjeron en el CERN, y la mitad en los laboratoriosen los Estados Unidos."
Durante la construcción original del Gran Colisionador de Hadrones, los laboratorios nacionales del Departamento de Energía de EE. UU. Previeron la necesidad futura de imanes LHC más fuertes y crearon el Programa de Investigación del Acelerador LHC LARP: un programa de I + D comprometido con el desarrollo de una nueva tecnología de acelerador para futuras actualizaciones del LHC.
Este modelo de 1.5 metros de largo, que es un imán acelerador en pleno funcionamiento, fue desarrollado por científicos e ingenieros en Fermilab, Brookhaven National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory y CERN. El imán recientemente se sometió a un intenso programa de pruebas en Fermilab,que pasó en marzo con gran éxito. Ahora se someterá a una rigurosa serie de pruebas de resistencia y estrés para simular las arduas condiciones dentro de un acelerador de partículas.
Este nuevo tipo de imán reemplazará aproximadamente el 5 por ciento de los imanes de enfoque y dirección del LHC cuando el acelerador se convierta en el LHC de alta luminosidad, una actualización planificada que aumentará el número y la densidad de protones empaquetados dentro del acelerador. El HL-La actualización del LHC permitirá a los científicos recopilar datos a un ritmo mucho más rápido.
Los imanes del LHC se hacen enrollando repetidamente un cable superconductor en bobinas largas. Estas bobinas se instalan en todos los lados del tubo de la viga y se encajonan dentro de un sistema criogénico de helio superfluido. Cuando se enfrían a 1.9 Kelvin, las bobinas pueden transportar una enormecantidad de corriente eléctrica con resistencia eléctrica cero. Al modular la cantidad de corriente que atraviesa las bobinas, los ingenieros pueden manipular la fuerza y la calidad del campo magnético resultante y controlar las partículas dentro del acelerador.
Los imanes actualmente dentro del LHC están hechos de titanio de niobio, un superconductor que puede operar dentro de un campo magnético de hasta 10 teslas antes de perder sus propiedades superconductoras. Este nuevo imán está hecho de niobio-tres estaño Nb3Sn, un superconductorcapaz de transportar corriente a través de un campo magnético de hasta 20 teslas.
"Estamos lidiando con una nueva tecnología que puede lograr mucho más de lo que era posible cuando se construyó el LHC", dice Giorgio Apollinari, científico de Fermilab y Director de US LARP. "Esta nueva tecnología de imán hará que el HL-LHCproyectar posible y capacitar a los físicos para pensar en futuras aplicaciones de esta tecnología en el campo de los aceleradores ".
Esta tecnología es potente y versátil, como la actualización de un ciclomotor a una motocicleta. Pero este nuevo súper material no viene sin sus inconvenientes.
"El estaño de niobio-tres es mucho más complicado de trabajar que el titanio de niobio", dice Peter Wanderer, jefe de la División de imanes superconductores del Laboratorio Nacional Brookhaven. "No se convierte en un superconductor hasta que se hornea a 650 grados Celsius".. Este tratamiento térmico cambia la estructura atómica del material y se vuelve casi tan frágil como la cerámica ".
Construir un imán del tamaño de un alce a partir de un material más frágil que una taza de té no es tarea fácil. Los científicos e ingenieros de los laboratorios nacionales de EE. UU. Pasaron 10 años diseñando y perfeccionando un proceso nuevo e internacionalmente reproducible para enrollar, formar, hornear y estabilizarlas bobinas
"La colaboración LARP-CERN trabaja estrechamente en todos los aspectos del diseño, fabricación y prueba de los imanes", dice Soren Prestemon del Centro Berkeley de Tecnología de Imanes en Berkeley Lab. "El éxito es un testimonio de la naturaleza perfecta dela colaboración, el nivel de experiencia de los equipos involucrados y la propiedad mostrada por los laboratorios participantes "
Este modelo es un gran éxito para los ingenieros y científicos involucrados. Pero es solo el primer paso hacia la construcción del próximo gran supercollider.
"Esta prueba mostró que es posible", dice Apollinari. "El siguiente paso es aplicar todo lo que hemos aprendido al pasar de este prototipo a imanes cada vez más grandes".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fermi National Accelerator Laboratory Fermilab . Original escrito por Sarah Charley. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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