Development of High Field Superconducting Magnet for High Energy Accelerator

高能加速器用高场超导磁体的研制

基本信息

项目摘要

In order to pursue the particle physics in the energy frontier, superconducting magnets for the high-energy accelerator are very important equipment, and they must be high-field and high-quality magnets. The Large Hadron Collider (LHC), presently under construction at CERN, will employ more than 6000 superconducting magnets. In the framework of the LHC collaboration program between CERN and Japan, the High Energy Accelerator Research Organization, KEK, has been developed and fabricated the 16 superconducting insertion quadrupole magnets for the LHC interaction regions. After initial running of the LHC, the quest will continue to extend the discovery potential of new particles and to increase the precision of measurements of particle characteristics. This will be only achieved by upgrading the accelerator and it will require higher field superconducting magnets. As a first step of the development, we performed two investigations: 1) studies on the various characteristics of the mass production magnets. 2) development of the high field superconducting wires (rapid heating, quenching, and transforming processed Nb_3Al wires).In the former studies, we obtained a lot of mechanical and electromagnetic data of the mass production quadrupoles during the cool-down and excitation test, and the field measurement. These data will be very valuable and useful for the future high field magnet development. In the latter studies, we performed the basic research to obtain the higher Jc in the region of 1015 T. Although we could not reached the target Jc (2000 A/mm^2 at 10 T, 4.2 K), it was found that the characteristics of the Nb_3Al wires at the low field (1015 T), which has not been studied before, were slightly different from that of the high field (> 20 T). The data obtained through this study will give us useful information for the further development of the high field superconducting wires.
为了追求能量边界中的粒子物理,高能加速器的超导磁铁是非常重要的设备,它们必须是高场和高质量的磁铁。目前在CERN正在建设的大型强子对撞机(LHC)将使用6000多个超导磁铁。在CERN与日本之间的LHC合作计划的框架中,高能量加速器研究组织KEK已开发并为LHC相互作用区域制造了16个超导插入四极杆磁铁。 LHC初始运行后,该任务将继续扩展新粒子的发现潜力,并提高粒子特征的测量精度。这只能通过升级加速器来实现,并且需要更高的场超导磁体。作为发展的第一步,我们进行了两项研究:1)研究质量生产磁体的各种特征。 2)开发高场超导电线(快速加热,淬火和转换经过处理的NB_3AL电线)。在以前的研究中,我们在冷藏和激发测试期间获得了大量质量产生四极杆的机械和电磁数据,以及现场测量。这些数据对于未来的高场磁铁开发非常有价值且有用。在后者的研究中,我们进行了基础研究以在1015T区域获得较高的JC。尽管我们无法达到目标JC(在10 t,4.2 k时为2000 a/mm^2),但发现NB_3AL电线在低场(1015 T)(1015 T)的特征(1015 t)与之前没有研究过,却没有略有不同的现场(> 20 t)。通过这项研究获得的数据将为我们提供有用的信息,以进一步开发高场超导电线。

项目成果

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N.Ohuchi, et al.: "Field Quality of the Low-beta Quadrupole Magnets, MQXA, for the LHC-IR"Proc.of the 8^<th> European Particle Accelerator Conf.(EPAC 2002). 2418-2420 (2002)
N.Ohuchi 等人:“LHC-IR 的低 β 四极磁体 MQXA 的场质量”第 8 届欧洲粒子加速器会议会议记录 (EPAC 2002)。
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K.Sugita, et al.: "Analytical Calculation of Field Error Due to Radial Coli Distortions of the LHC Low-Beta Quadrupole Magnets"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. 12,1. 1693-1696 (2002)
K.Sugita 等人:“LHC 低 Beta 四极磁体径向 Coli 畸变引起的场误差的分析计算”IEEE Trans.Appl.超导。
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K.Sugita, et al.: "Time Dependence of Magnetic Periodic Patterns Measured on The MQXA Magnets for the LHC-IR"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. 13,2. 1317-1320 (2003)
K.Sugita 等人:“在 LHC-IR 的 MQXA 磁体上测量的磁周期模式的时间依赖性”IEEE Trans.Appl.超导。
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T.Nakamoto, et al.: "Fabrication and Mechanical Behavior of a Prototype for the LHC Low-beta Quadrupole Magnets"IEEE Trans.Appl.Superconductivity. 12,1. 174-178 (2002)
T.Nakamoto 等人:“LHC 低 β 四极磁体原型的制造和机械行为”IEEE Trans.Appl.Superconductivity。
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A.Yamamoto: "Development of LHC Low-b Quadrupole Magnets at KEK"Proc.of the 2001 Particle Accelerator Conf.. 3633-3635 (2004)
A.Yamamoto:“KEK 的 LHC 低 b 四极磁体的开发”Proc.of the 2001 Particle Accelerator Conf. 3633-3635 (2004)
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