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지속 가능성을 위한 초전도성: 고등을 위한 새로운 초전도 링크
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지속 가능성을 위한 초전도성: 고등을 위한 새로운 초전도 링크

Nov 29, 2023

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유연한 저온 유지 장치와 최초의 고온 초전도 이붕화마그네슘 케이블 시리즈는 HL-LHC 내부 삼중항 자석에 전력을 공급하는 혁신적인 전기 전송 라인을 형성합니다.

2023년 3월 3일

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체트나 크리슈나

세계에서 가장 크고 강력한 입자 가속기인 LHC(Large Hadron Collider)는 현재 초전도성을 사용하는 세계에서 작동하는 단일 기계 중 가장 큰 것이기도 합니다. LHC 내부의 양성자 빔은 초전도 전자석을 사용하여 가속기 링 주위로 구부러지고 집중됩니다. 이 전자석은 니오븀-티타늄(Nb-Ti) 케이블로 만들어진 코일로 만들어지며 초전도가 되기 위해서는 우주 공간보다 낮은 온도에서 작동해야 합니다. 이를 통해 저항이나 에너지 손실 없이 전류가 흐를 수 있습니다. LHC의 업그레이드 버전인 고광도 LHC(HL-LHC)는 처음으로 "초전도 링크"로 알려진 혁신적인 전기 전송 라인을 갖추고 있습니다.

최근 CERN의 SM18 자석 테스트 시설에서는 최초의 이붕화마그네슘 초전도 케이블 시리즈가 새롭고 유연한 저온 유지 장치에 성공적으로 통합되는 것을 목격했습니다. 고온 초전도(HTS) 이붕화마그네슘(MgB2) 케이블과 함께 HL-LHC 내부 삼중항 자석에 전력을 공급하는 고유한 초전도 전송 라인을 형성합니다. 삼중항은 충돌 직전에 빔의 초점을 5마이크로미터만큼 좁은 직경으로 집중시키는 초점 자석입니다.

구어체로 "파이썬(Python)"으로 알려진 유연한 이중벽 주름형 저온 유지 장치는 단일 어셈블리에 19개의 MgB2 초전도 케이블로 구성되어 있으며 함께 꼬여 컴팩트한 묶음을 형성합니다. 각 MgB2 케이블의 길이는 약 140m이고, 번들의 직경은 약 90mm입니다. 이 19개의 초전도 케이블은 함께 25K(-248°C)에서 약 120kA의 DC 전류를 전송할 수 있습니다. 이는 기존 초전도체가 작동하는 온도보다 높은 온도입니다. LHC에서 니오븀-티타늄(Nb-Ti) 및 니오븀-주석(Nb3Sn) 케이블은 외부 케이블의 2.7K(-270.5°C)보다 낮은 온도인 1.9K(-271.3°C)의 초유체 헬륨에서 작동됩니다. 공간. 초전도 링크의 MgB2 케이블은 헬륨 가스의 강제 흐름에 의해 냉각됩니다. HL-LHC 프로젝트 리더인 올리버 브뤼닝(Oliver Brüning)은 "LHC 프로젝트의 초기 단계에서 수행된 R&D를 통해 지속적인 생산을 안정적이고 반복 가능하게 만들었습니다."라고 말합니다.

이 새로운 유형의 초전도 전송선은 외부 가속기 기술에도 잠재력을 갖고 있습니다. 이 라인은 작은 직경 내에서 막대한 양의 전류를 전송할 수 있으므로 대도시에 전기를 공급하거나 재생 가능 에너지원을 인구가 밀집된 지역에 연결하는 데 사용될 수 있습니다. 최근 CERN과 Airbus UpNext는 미래 저공해 비행기에 초전도 전송 사용을 평가하기 위한 협력 계약을 체결했습니다.

그러나 이 초전도 물질의 참신함은 지속 가능한 초전도 전송 라인을 위한 유일한 비밀 구성 요소는 아닙니다.

"이 새로운 시스템의 장점 중 하나는 초전도 링크의 극저온 작동이 어떠한 경우에도 전류 리드를 냉각하는 데 필요한 헬륨 가스를 전달하기 때문에 비용이 전혀 들지 않는다는 것입니다."라고 Amalia Ballarino 부국장은 말합니다. CERN의 자석, 초전도체 및 저온 유지 장치 그룹. "그러므로 초전도 링크는 헬륨과 전기 전송 라인의 역할을 모두 수행합니다."

CERN의 SM18 시설은 2026년에 시작될 예정인 Long Shutdown 3 동안 LHC 터널에 설치될 때까지 HL-LHC에 대해 총 10개의 초전도 링크의 조립 및 테스트를 계속 호스팅할 것입니다. LHC 초전도 링크는 올해 가동될 예정이며, 한쪽은 REBCO(희토류 바륨 구리 산화물) HTS 전류 리드를 통해 저온 유지 장치에 연결되고 다른 쪽은 Nb-Ti 연결부에 연결됩니다. 이러한 핵심 신기술(MgB2로 제작된 새로운 초전도 케이블, 길고 낮은 정열 부하 유연성 저온 유지 장치, REBCO HTS 전류 리드)을 통합하면 HL-2로 시작하는 CERN 가속기의 미래를 위한 전기 전송에 대한 지속 가능한 접근 방식의 시작을 의미합니다. LHC.