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A bobina supercondutora da grande câmara de bolhas europeia BEBC em 1974, já o maior ímã supercondutor na época. (Imagem: CERN )
O LHC , a maior máquina supercondutora do mundo, demonstra como a física de partículas e o CERN têm sido uma força motriz no desenvolvimento de supercondutores.
A supercondutividade rapidamente surgiu como uma propriedade muito útil para a física de alta energia. Como os supercondutores perdem toda a resistência elétrica abaixo de uma certa temperatura muito baixa, eles são capazes de transportar correntes elétricas muito altas, o que torna possível produzir ímãs que geram fortes campos magnéticos, bem como poderosas cavidades de aceleração.
Os detectores foram equipados com os primeiros ímãs supercondutores a partir da década de 1960. Em 1965, um experimento no Synchrocyclotron do CERN começou a testar uma pequena bobina supercondutora que gerava um campo magnético de 4,2 teslas. Poucos anos depois, em 1973, a Big European Bubble Chamber (BEBC) foi equipada com um enorme ímã supercondutor de mais de três metros de diâmetro, um recorde na época.
Os detectores foram progressivamente equipados com ímãs cada vez mais poderosos, até a escala dos gigantes em uso no LHC. O CMS ostenta o maior solenóide supercondutor do mundo e o ATLAS o maior ímã toroidal, feito de bobinas de 25 metros de comprimento.
Os ímãs destinados ao uso em aceleradores devem ser produzidos em suas dezenas, centenas ou mesmo milhares, o que explica por que demorou até a década de 1980 para que os primeiros aceleradores supercondutores entrassem em serviço. O colisor Tevatron nos EUA, que entrou em operação em 1983, foi a primeira aplicação em larga escala desses ímãs. Em 1989, o Large Electron-Positron Collider (LEP) no CERN foi equipado com alguns ímãs supercondutores projetados para focar os feixes de partículas antes que colidissem. Mas, acima de tudo, cavidades de aceleração supercondutoras foram instaladas no LEP a partir de 1996: mais de 280 em número, elas eram capazes de gerar campos de aceleração mais intensos para aumentar a energia do colisor.
Mesmo antes do LEP entrar em serviço, as equipes do CERN já estavam trabalhando em seu sucessor, um colisor de prótons a ser instalado no mesmo túnel, baseado em ímãs supercondutores gerando campos de mais de 8 teslas. A tarefa tecnológica e industrial épica de criar a maior instalação supercondutora do mundo levaria 25 anos para ser concluída. Este colisor, o LHC, contém mais de 9000 ímãs supercondutores de nióbio-titânio, incluindo 1232 ímãs dipolo de 15 metros de comprimento, cada um pesando 35 toneladas. Da circunferência de 27 km do acelerador, 23 km são resfriados com hélio superfluido a 1,9 graus acima do zero absoluto (-271 °C).
O LHC também estimulou o trabalho em supercondutores de alta temperatura, que não precisam ser resfriados a temperaturas tão glaciais. Os condutores de corrente do LHC – as conexões nas quais a corrente passa da temperatura ambiente para a temperatura do hélio líquido nos ímãs – são feitos desses supercondutores, que são cerâmicos e muito complicados de implantar.
O LHC de Alta Luminosidade , a principal atualização do LHC que está sendo construído atualmente, também traz sua própria parcela de inovações no campo dos supercondutores. Ele será equipado com ímãs feitos de um composto supercondutor de nióbio-estanho, que produzirá campos magnéticos mais intensos de 12 teslas. Ele também usará conexões elétricas feitas de supercondutores de temperatura intermediária, que podem operar a 25 kelvins (-248 °C). As equipes do CERN estão continuando seu trabalho em supercondutores de alta temperatura, o Santo Graal para especialistas neste campo, que, a longo prazo, podem abrir possibilidades sem precedentes para a física fundamental e ter inúmeras aplicações para o benefício da sociedade em geral.
Alguns dos 1232 ímãs dipolo para o LHC armazenados em 2003 no estacionamento do salão de testes de ímãs. A fabricação em larga escala de ímãs supercondutores para o LHC permitiu que o CERN e a indústria desenvolvessem expertise única no campo da supercondutividade. (Imagem: Peter Ginter/ CERN )
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Fonte: CERN / Por colaboração de ALICE / Publicação 20 -09-204
https://home.cern/news/series/cern70/cern70-superconductors-accelerate-progress
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