7月31日消息,俄羅斯科學院西伯利亞分院布德克核物理研究所(INP SB RAS)的專家為NICA對撞機的電子冷卻系統(ECS)開發出一種獨特的螺線管,該對撞機用于研究致密重子物質的特性。
NICA對撞機中,離子束相互碰撞,離子束越聚焦、致密,碰撞越有效。電子冷卻系統通過注入冷電子帶走離子部分熱能來壓縮離子束,而螺線管是ECS磁系統的核心部件,已獲專利。這是世界上首臺可同時獨立連續冷卻兩束離子束的裝置,能大大加快實驗速度,其復雜設計由40,000多個零件組成,可獲得實驗所需離子束參數。
電子冷卻系統降低離子束溫度使其壓縮,冷卻后的離子束更密集,實驗效率更高。借助該系統,實驗時間縮短,收集重要事件統計數據的速度比不使用時快數倍。俄羅斯科學院西伯利亞原子能研究所首席研究員、院士瓦西里·帕克霍姆丘克稱,螺線管專利是團隊多年工作成果,該所在電子冷卻系統研發領域成為領導者之一。
螺線管產生磁場,電子束在其中形成和傳輸,磁場改善電子束質量、降低橫向電子速度影響,提高冷卻效率。NICA對撞機需同時產生兩束電子束冷卻軸間距僅32厘米的離子束,INP SB RAS專家面臨制造緊湊整齊磁體系統繞組的挑戰。該螺線管通道直徑比之前減小2至4倍,實現了緊湊性。
俄羅斯科學院西伯利亞原子能研究所設計局局長尼古拉·克列姆涅夫稱,其他冷卻系統采用大型線圈有“自由度”,而他們的系統無法做到。實驗室主任弗拉基米爾·列瓦表示,早在設計階段就意識到該設備在世界上無類似產品,其帶來諸多優勢,如模塊化設計。
模塊化設計理論上可將螺線管縮放到冷卻段任意長度,由50毫米長小線圈組成、六個部分組裝的6米長結構。它擴展了生產能力,簡化了操作,可分批測量、測試和運輸。
該螺線管極其緊湊,零件體積堪比飛機或汽車。六個部件中一個就包含約7000個零件,VAZ 2101汽車由10000個零件組成,現代飛機機身由約40000個零件組成。僅在NKO就有14名專業設計師耗時5年參與其中。
俄羅斯科學院西伯利亞分院核物理研究所專利部門專家確認,研制的螺線管在世界上尚無直接類似物。知識產權專家柳博芙·科斯蒂科娃稱,這款螺線管是員工專門為NICA項目開發,2019年發表相關文章后進行了足夠多修改和設備改進,此次申請僅用1個月就完成,創下紀錄。
目前尚無與此裝置直接類似的,最接近的是美國費米實驗室質子 - 反質子對撞機和美國RHIC BNL對撞機中使用的電子冷卻系統。費米實驗室裝置僅冷卻能量為4.3 MeV的反質子束流,RHIC冷卻兩束但設置電子束旁路。而新設計可對參與碰撞的離子束進行獨立冷卻,能對參數進行微調和有效調整。