费米实验室实现加速器磁体14.5特斯拉场
费米实验室的磁铁团队又创造了加速器磁体的世界纪录，这是该实验室在2019年创造了纪录后，再次打破了这一纪录。
在2020年6月的一次测试中，由美国能源部费米实验室（Fermilab）磁体团队设计并制造的演示磁体实现了加速器转向偶极磁体14.5特斯拉的场强，超过了他们之前14.1T的记录。
这是满足未来强子对撞机的苛刻磁体要求迈出的重要一步。如果建成，这样的对撞机将比欧洲核子研究中心的17英里圆周大型强子对撞机大4倍，，后者在7.8T的转向场下运行。
未来对撞机设计的最小场强定在14到16T之间。
费米实验室科学家亚历山大·兹洛宾说：“我们的下一个目标是打破15特斯拉场强，将加速器转向磁体的最大场强推进到17T甚至更高，这可以显著提高磁体淬火性能并优化成本。达到这些目标将为未来高能对撞机提供坚实的基础。”
科学家们需要尽可能强的磁铁来引导接近光速的粒子
为了建造下一代强大的质子加速器，科学家们需要尽可能强的磁铁来引导接近光速的粒子围绕一个环。对于给定的环形尺寸，光束的能量越大，加速器的磁铁就需要越强，才能使光束保持航向。
磁铁设计的核心是一种叫做铌锡的先进超导材料。电流流经该材料时，会产生一个磁场。因为当材料被冷却到非常低的温度时，电流不会遇到任何阻力，所以它不会损失能量，也不会产生热量。所有的电流都有助于磁场的产生。换句话说，科学家们可以获得大量的磁能。
磁场的强度取决于材料所能承受的电流强度。与目前LHC大型强子对撞机磁体中使用的铌钛不同，铌锡可以支持制造15特斯拉磁场所需的电流量。但是铌锡很脆，当受到加速器磁体内部巨大的工作力时，容易断裂。
铌锡电缆
因此，费米实验室团队开发了一种磁铁设计，可以支撑线圈在运行过程中可能遇到的各种压力和应变。几十根圆线按照一定的方式被缠绕成电缆，使其能够满足必要的电气和机械规格。这些电缆被缠绕成线圈，并在高温下进行了约两周的热处理，最高温度约为648.8摄氏度，以使铌锡线在运行温度下转化为超导体。该团队将几个线圈封装在一个由铁轭与铝夹和不锈钢表皮组成的坚固创新结构中，以稳定线圈，防止巨大的电磁力使脆性线圈变形，从而使铌锡线退化。
兹洛宾说：”在设计这样的磁体时，需要考虑的变量太多了，比如场参数、超导电线电缆、机械结构及其在组装和运行过程中的性能、磁体技术以及运行过程中的磁体保护等等。对于大型强子对撞机磁体来说，所有这些问题都更加重要。”
费米实验室未来的目标是17T，甚至20特斯拉的目标。
该项目得到了美国能源部科学办公室的支持。它是美国磁体开发计划的重要组成部分，该计划包括费米实验室、布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和国家高磁场实验室。
费米实验室是美国能源部的一所国家实验室，总部位于伊利诺斯州巴达维亚附近的草原上。该实验室是美国最重要的物理研究机构之一。主要探索领域为高能物理学，拥有世界上第二高能量的粒子加速器，仅次于欧洲核子研究组织的大型强子对撞机。此外，费米实验室在微中子的探索方面亦有卓越的成就，被誉为“世界微中子之都”。
