SHiP 實驗演示磁鐵視圖。(圖片：Axelle Collioud、Emma Tommasi/CERN)
我們如何才能在減少能源消耗的同時推進尖端研究?歐洲核子研究中心的科學家正在研究創新解決方案，而超導性是關鍵因素之一。
一個團隊最近成功測試了一個演示磁線圈，它將顯著降低某些實驗的功耗。該線圈由二硼化鎂 (MgB 2 ) 超導電纜制成，用于為 LHC 的后繼者高亮度 LHC (HL-LHC) 供電的高強度電力傳輸線。它安裝在一個低碳鋼磁軛中，該磁軛以所謂的超鐵配置固定和集中磁力線。
這種創新的磁鐵用于SHiP實驗，該實驗旨在檢測相互作用非常弱的粒子，計劃于 2031 年投入使用。探測器的兩個磁鐵之一必須產生約 0.5 特斯拉的磁場。該磁場強度適中，但必須在 6 米高、4 米寬和 4 米深的巨大體積內產生。正常導電電阻電磁鐵的電功率將超過一兆瓦，并且由于必須連續運行，因此其功耗會很高。
因此，人們想到使用超導體，這種超導體導電時沒有阻力，因此不會因加熱而造成能量損失。這就是 LHC 磁體背后的原理。然而，它們基于鈮鈦合金，需要使用由復雜的低溫裝置產生的超流氦將它們冷卻到極低的溫度 -271°C(2 開爾文)。
二硼化鎂電纜的優點是可在 -253 °C (20 開爾文) 下超導。它們可以使用氣態氦冷卻，因此需要不太復雜的低溫系統，從而提供更好的熱力學效率。它們不能用于加速器磁體，例如 LHC 的磁體，這些磁體產生約 8 特斯拉的磁場。然而，它們適用于具有中等磁場的大型磁體，例如 SHiP。
原型磁體的線圈由超導二硼化鎂電纜制成。(圖片：CERN)
這個 1 米長的演示線圈于去年 9 月制造完成，剛剛成功通過了操作測試，測試中它被氣態氦冷卻至 20 至 30 開爾文的溫度。雖然 SHiP 磁體準備就緒之前還有許多步驟需要完成，但這些測試很有希望，為這項技術在 CERN 和工業界開辟了前景。
“這種磁鐵的耗電量比普通超鐵磁鐵少 100 倍，”Arnaud Devred 說道，他與 CERN 磁鐵小組的團隊一起開展了該項目。“從長遠來看，我們可以考慮為某些磁鐵加裝 MgB 2線圈，以降低其耗電量。因此，這個項目是展示 HL-LHC 技術發展的絕佳方式。”
HL-LHC 的超導鏈路引起了廣泛關注，因為它們使用高溫超導體，其大規模使用將在許多領域(包括我們的日常生活)中實現顯著的節能。得益于這一高度創新的發展，該技術的范圍可以擴展到包括電磁鐵。 SHiP 光譜儀磁體可能是首批應用之一。
