Zagadnienia wykorzystania nadprzewodnictwa w rozwoju technologii akceleratorów jądrowych

Zilustrowane przykładami omówienie wykorzystywania materiałów nadprzewodzących w dalszym rozwoju akceleratorów, podstawowego obecnie narzędzia w zakresie energetycznych badań jądrowych. Postęp ten wymaga konstrukcji coraz silniejszych dipolowych elektromagnesów prowadzących zjonizowaną wiązkę po zadanym torze oraz kwadrupolowych elektromagnesów powodujących ściskanie wiązki do odpowiednich kształtów i rozmiarów. Tu pojawia celowość stosowania elektromagnesów z uzwojeniami nadprzewodnikowymi, o znacznie mniejszych od konwencjonalnych elektromagnesów rozmiarach, a więc i konsumpcji energii, jednocześnie wytwarzających bardzo silne pola magnetyczne. Idea wykorzystania elektromagnesów nadprzewodnikowych w konstrukcjach akceleratorów została zweryfikowana i zastosowana w olbrzymiej skali w linii elektromagnesów nadprzewodnikowych o długości 27 km w CERN-ie, w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Akceleratory do badań naukowych oparte na elektromagnesach nadprzewodnikowych zostały już skonstruowane w szeregu laboratoriów, natomiast obecnie wiodącą konstrukcją tego typu z zakresu wykorzystania w energetyce jest projekt ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, budowany w Cadarache, w ramach współpracy międzynarodowej, którego pierwszy zapłon powinien mieć miejsce w 2025 r. O skali tej inwestycji świadczy, że  jest to drugi po międzynarodowej stacji kosmicznej światowy program badawczy z budżetem rzędu 10 miliardów euro. W Polsce materiały nadprzewodzące wykorzystane będą w projekcie PolFEL, w przyspieszających wnękach rezonansowych polskiego lasera na swobodnych elektronach. Zastosowanie elektromagnesów nadprzewodnikowych umożliwia uzyskanie indukcji magnetycznej rzędu kilku tesli przy zredukowanej objętości urządzenia, co wynika ze znacznie większej wartości natężenia prądu, jaki może płynąć przez przewód nadprzewodnikowy. Ale jednocześnie pojawia się wówczas konieczność chłodzenia delikatnych materiałów nadprzewodnikowych, a także uwzględnienia generacji specyficznych dla nadprzewodników strat mocy, szczególnie ważnych w warunkach kriogenicznych i warunkach stabilności, zabezpieczających przed wystąpieniem niekontrolowanej utraty nadprzewodnictwa – quenchu oraz wpływu promieniowania jonizującego na uzwojenia nadprzewodnikowe. W tym kontekście szczególnego znaczenia nabiera postęp w rozwoju nadprzewodników wysokotemperaturowych, chłodzonych już nie kosztownym ciekłym helem, a ciekłym azotem lub nawet krio-chłodziarkami.