Un team di ricerca internazionale guidato da Evgeniy Talantsev, un ricercatore senior presso il Centro di ricerca e formazione dell'Università Federale degli Urali, ha affrontato il compito di aumentare l'affidabilità di strutture così complesse e costose come il Large Hadron Collider (LHC). I risultati dell'esperimento sono stati pubblicati sulla rivista Rapporti scientifici in un articolo intitolato "L'inizio della dissipazione nei superconduttori ad alta temperatura:isteresi magnetica e dipendenza dal campo".

Evgeniy Talantsev spiega, "Nel processo di lavoro con superconduttori ad alta temperatura di seconda generazione a temperature di azoto liquido (circa -190 gradi Celsius), abbiamo scoperto che all'aumentare della corrente elettrica, l'inizio della dissipazione di potenza elettrica è chiaramente associato ad una brusca transizione dal comportamento non lineare del campo magnetico creato dalla corrente elettrica (e misurato in qualsiasi punto della superficie del superconduttore), al lineare. Un aumento lineare del campo magnetico e un aumento lineare della corrente è una dipendenza comune inerente a metalli e semiconduttori, cioè materiali con una resistenza elettrica lineare regolare, a cui si applica la legge di Ohm.

"In altre parole, anche se la resistenza elettrica dei superconduttori all'inizio della dissipazione è circa centinaia di miliardi di volte inferiore a quella del miglior metallo, ed è molto non lineare e aumenta di decine di milioni di volte, il comportamento del campo magnetico in funzione dell'amperaggio si è rivelato lineare e facilmente rilevabile dai normali sensori di Hall criogenici, "dice Talantsev.

L'esperimento è stato condotto per la prima volta senza alcun campo magnetico esterno applicato, e quindi, senza una moltitudine di effetti extra che si verificano nei superconduttori quando viene applicato il campo magnetico esterno.

"L'esperimento senza un campo magnetico applicato esternamente è molto incontaminato e semplice. Ma nessuno lo ha condotto e ha analizzato i risultati prima di noi:tutti lo hanno eseguito in un forte campo magnetico. Il significato del nostro approccio è che abbiamo colmato tutte le scappatoie nello spiegare i risultati come l'influenza del campo magnetico esterno. è giusto dire che l'effetto che abbiamo riscontrato è di natura fondamentale, " spiega il ricercatore.

Gli scienziati hanno anche verificato se l'effetto della transizione dalla dipendenza dal campo magnetico non lineare a quello lineare fosse ancora presente con l'aumento della corrente quando si applica un forte campo magnetico al superconduttore. Questo è importante, perché le condizioni del disastro tecnologico nel Large Hadron Collider includevano l'applicazione del campo magnetico esterno.

"Si è scoperto che negli esperimenti con il campo magnetico esterno applicato, le caratteristiche lineari del campo magnetico del superconduttore, osservati all'inizio della dissipazione di potenza sono identici a quelli osservati senza il campo magnetico esterno. Così, abbiamo dimostrato che l'insorgenza di regimi di dissipazione di potenza, contrariamente ai presupposti tradizionali, sono gli stessi con o senza il campo magnetico esterno applicato, " Dice Evgeniy Talantsev. "Inoltre, in questo documento, abbiamo dimostrato che il superconduttore ricorda per sempre la sua storia magnetica. Tutti i cambiamenti che si verificano anche senza dissipazione di potenza vengono ricordati dal superconduttore per un tempo indefinitamente lungo. Questo effetto memoria si chiama isteresi".

I principi fisici dell'effetto scoperto durante l'osservazione sperimentale devono essere motivati ​​teoricamente. Qui, Evgeniy Talantsev conta sull'assistenza di scienziati e studenti del Centro di ricerca e formazione per i nanomateriali e le nanotecnologie. Nel frattempo, Il team di Evgeniy Talantsev sta pianificando di continuare gli esperimenti a basse temperature usando elio liquido, in condizioni quasi identiche a quelle del Large Hadron Collider.

Il Large Hadron Collider è una struttura sotterranea di 27 chilometri al confine tra Svizzera e Francia per la collisione di particelle elementari accelerate fino alla velocità della luce. Registrando le collisioni di particelle, gli scienziati cercano di indagare sul mistero della creazione e della struttura dell'Universo. Questi studi sono possibili solo in condizioni in cui il flusso di particelle elementari è compresso da un forte campo magnetico, un milione di volte più forte del campo magnetico terrestre. Tali campi vengono creati utilizzando superconduttori, in cui una gigantesca corrente elettrica senza perdite circola in un induttore lungo quasi 27 chilometri, che è la base dell'LHC. Un aumento dell'energia delle particelle in collisione è possibile solo se l'ampiezza del campo magnetico aumenta. La produttività dei superconduttori, a sua volta, è assicurata dal raffreddamento con elio liquido:questa sostanza non indurisce nemmeno a temperatura zero assoluto:-273,15 gradi Celsius.

Nel settembre 2008, a causa del comportamento incontrollabile della bobina di induttanza superconduttiva da 27 km al Large Hadron Collider, il più grande disastro tecnologico superconduttore, il cosiddetto "Quench, " si è verificato:questa è stata la distruzione dello stato superconduttore del superconduttore. L'aumento pianificato della corrente nella bobina ha provocato danni al sistema criogenico dell'LHC. Circa sei tonnellate di elio liquido sono evaporate nell'atmosfera (si noti che 1 litro di liquido l'elio è di circa 125 grammi, e costa circa 100 euro). Fortunatamente, non ci sono state vittime, ma l'LHC, che ha subito notevoli danni a causa della dissipazione incontrollata di energia, era fuori servizio da più di un anno. La scienza europea ha subito perdite multimilionarie.

Il documento di ricerca è stato pubblicato nel Rapporti scientifici .