De supergeleidende magneten van de toekomst zijn in ontwikkeling en CERN staat in de frontlinie. Om de energie van circulaire versnellers te vergroten, natuurkundigen rekenen op steeds sterkere magneten, in staat om magnetische velden te genereren die veel verder gaan dan de 8 Tesla die wordt geproduceerd door de magneten in de Large Hadron Collider (LHC).

Magneten genereren velden van bijna 12 Tesla, op basis van een supergeleidende niobium-tinverbinding, worden al geproduceerd voor de High-Luminosity LHC. Maar CERN en zijn partners zijn ook begonnen aan de volgende generatie magneten, die velden van 16 Tesla en meer moeten kunnen genereren, voor de versnellers van de toekomst, zoals die in de studie van de FCC (Future Circular Collider). Om dit doel te bereiken, de prestaties van supergeleidende niobium-tin kabels worden tot het uiterste gedreven.

Een van de belangrijkste stappen in het programma is de ontwikkeling van een teststation dat de nieuwe kabels in realistische omstandigheden kan testen, d.w.z. in een sterk magnetisch veld. Een dergelijke voorziening, in de vorm van een dipoolmagneet met een grote opening, is opgericht bij CERN. de magneet, bekend als FRESCA2, is ontwikkeld als onderdeel van een samenwerking tussen CERN en CEA-Saclay in het kader van het Europese EuCARD-programma.

Begin augustus, FRESCA2 bereikte een belangrijke mijlpaal toen het zijn magnetische ontwerpveld bereikte, het genereren van 13,3 Tesla in het midden van een opening van 10 centimeter gedurende 4 uur op rij - een primeur voor een magneet met zo'n grote opening. Ter vergelijking, de huidige magneten in de LHC genereren velden van ongeveer 8 Tesla in het midden van een opening van 50 millimeter. De ontwikkeling en prestaties van FRESCA2 werden vandaag gepresenteerd op de EUCAS 2017-conferentie over supergeleiders en hun toepassingen.

Het testen van de kabels onder invloed van een sterk magnetisch veld is een essentiële stap. "We moeten niet alleen de maximale stroom testen die door de kabel kan worden gedragen, maar ook alle effecten van het magnetische veld. De kwaliteit van het veld moet perfect zijn, " legt Gijs De Rijk uit, plaatsvervangend leider van de Magneten, Supergeleiders en cryostaten groep bij CERN. De precisie waarmee de intensiteit van het magnetische veld kan worden aangepast is een belangrijk kenmerk van een versneller. Wanneer de energie van de stralen wordt verhoogd, de intensiteit van het veld dat hen leidt moet geleidelijk worden verhoogd, zonder plotselinge pieken, of de balken kunnen verloren gaan. Het feit dat de magneten in de LHC met een grote mate van precisie kunnen worden afgesteld, hun magnetische velden stabiel te houden, is wat ervoor zorgt dat de balken urenlang in de machine kunnen circuleren.

De twee spoelen van FRESCA2 zijn gevormd uit een supergeleidende kabel van niobium-tin. Hun temperatuur wordt op 2 graden boven het absolute nulpunt gehouden. De magneet die ze vormen is veel groter dan een LHC-magner, met een lengte van 1,5 meter en een diameter van 1 meter. Hierdoor heeft de magneet een grote opening, meet 10 centimeter, zodat het de geteste kabels kan huisvesten, evenals sensoren om hun gedrag te observeren. FRESCA2 zal ook worden gebruikt om spoelen te testen die zijn gevormd uit supergeleiders voor hoge temperaturen (morgen verschijnt een artikel over dit onderwerp).

FRESCA2 wordt aangepast zodat het eind dit jaar een nog sterker veld kan genereren. Het station is dan klaar om de te testen monsters te ontvangen.