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磁鐵作為加速器的軀干,既支撐了加速器龐大的身軀,又引導(dǎo)了加速器的血液(束流)循環(huán),可謂是鞠躬盡瘁!加速器磁鐵系統(tǒng)涉及的內(nèi)容非常豐富,例如磁場(chǎng)設(shè)計(jì)、磁鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、磁場(chǎng)測(cè)量、低溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及機(jī)械設(shè)計(jì)等。
更快指的是磁場(chǎng)提升和降落的速率更快。粒子在加速器中高速轉(zhuǎn)圈的過(guò)程中,能夠快速地將其“踢”到實(shí)驗(yàn)束線上是一件非常難的事情(即引出過(guò)程),這需要磁場(chǎng)瞬間上升到一個(gè)高度,并且能在“踢”完后瞬間“收腿”,以便不影響后續(xù)粒子。另外在環(huán)形加速器中,科研人員也需要不斷地提高磁鐵的磁場(chǎng)上升速率以滿足物理需求,這里不僅需要磁鐵運(yùn)行穩(wěn)定,還需要考慮渦流產(chǎn)生的影響。這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù),需要在快速產(chǎn)生和退去磁場(chǎng)的同時(shí),最大程度地減小附加影響。更快指的是磁場(chǎng)提升和降落的速率更快。粒子在加速器中高速轉(zhuǎn)圈的過(guò)程中,能夠快速地將其“踢”到實(shí)驗(yàn)束線上是一件非常難的事情(即引出過(guò)程),這需要磁場(chǎng)瞬間上升到一個(gè)高度,并且能在“踢”完后瞬間“收腿”,以便不影響后續(xù)粒子。另外在環(huán)形加速器中,科研人員也需要不斷地提高磁鐵的磁場(chǎng)上升速率以滿足物理需求,這里不僅需要磁鐵運(yùn)行穩(wěn)定,還需要考慮渦流產(chǎn)生的影響。這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù),需要在快速產(chǎn)生和退去磁場(chǎng)的同時(shí),最大程度地減小附加影響。
更強(qiáng)指的是磁體抵抗電磁力的能力越強(qiáng)。磁鐵在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的磁場(chǎng)力作用到線圈,會(huì)使之受到約100-300t/m的應(yīng)力(相當(dāng)于100-300輛小型汽車在拉)。如果不能很好地處理這類應(yīng)力,會(huì)導(dǎo)致磁鐵運(yùn)行時(shí)被拉變形,甚至損壞。因此,磁鐵“更強(qiáng)”,才能保證穩(wěn)定運(yùn)行。
更高指的是場(chǎng)強(qiáng)更高。為了滿足加速粒子更高能量的需求,我們必須努力提高磁場(chǎng)強(qiáng)度。目前高場(chǎng)磁鐵能夠達(dá)到20T,對(duì)于加速器來(lái)說(shuō)已經(jīng)是很高的場(chǎng)強(qiáng)了(目前多數(shù)加速器的場(chǎng)強(qiáng)大概在1-2T)。
如果我們能 穿越到未來(lái),那么,我們肯定會(huì)看到未來(lái)的加速器磁鐵“更高、更快、更強(qiáng)”。