Une équipe de recherche internationale dirigée par Evgeniy Talantsev, chercheur principal au Centre de recherche et d'enseignement de l'Université fédérale de l'Oural, a abordé la tâche d'augmenter la fiabilité d'installations aussi complexes et coûteuses que le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Les résultats de l'expérience ont été publiés dans la revue Rapports scientifiques dans un article intitulé « L'apparition de la dissipation dans les supraconducteurs à haute température :hystérésis magnétique et dépendance au champ ».

Evgeniy Talantsev explique, "En cours de travail avec des supraconducteurs à haute température de deuxième génération à des températures d'azote liquide (environ -190 degrés Celsius), nous avons constaté qu'avec l'augmentation du courant électrique, l'apparition de la dissipation de puissance électrique est clairement associée à une transition brutale du comportement non linéaire du champ magnétique créé par le courant électrique (et mesuré en tout point de la surface du supraconducteur), au linéaire. Une augmentation linéaire du champ magnétique et une augmentation linéaire du courant est une dépendance commune inhérente aux métaux et semi-conducteurs, c'est-à-dire des matériaux à résistance électrique linéaire régulière, auquel s'applique la loi d'Ohm.

"En d'autres termes, même si la résistance électrique des supraconducteurs au début de la dissipation est environ des centaines de milliards de fois inférieure à celle du meilleur métal, et est très non linéaire et augmente des dizaines de millions de fois, le comportement du champ magnétique en fonction de l'ampérage s'est avéré linéaire et facilement détecté par des capteurs Hall cryogéniques classiques, " dit Talantsev.

L'expérience a d'abord été menée sans champ magnétique externe appliqué, et donc, sans une multitude d'effets supplémentaires qui se produisent dans les supraconducteurs lorsque le champ magnétique externe est appliqué.

« L'expérience sans champ magnétique appliqué de l'extérieur est très pure et simple. Mais personne ne l'a menée et n'a analysé les résultats avant nous :tout le monde l'a exécutée dans un champ magnétique puissant. L'importance de notre approche est que nous avons comblé toutes les lacunes en expliquant les résultats comme l'influence du champ magnétique externe. il est juste de dire que l'effet que nous avons trouvé est de nature fondamentale, " explique le chercheur.

Les scientifiques ont également vérifié si l'effet de la transition de la dépendance au champ magnétique non linéaire à linéaire était toujours présent avec l'augmentation du courant lors de l'application d'un champ magnétique puissant au supraconducteur. C'est important, parce que les conditions de la catastrophe technologique dans le Grand collisionneur de hadrons comprenaient l'application du champ magnétique externe.

"Il s'est avéré que dans des expériences avec un champ magnétique externe appliqué, les caractéristiques linéaires du propre champ magnétique du supraconducteur, observés au début de la dissipation de puissance sont identiques à ceux observés sans le champ magnétique externe. Ainsi, nous avons montré que l'apparition de régimes de dissipation de puissance, contrairement aux hypothèses traditionnelles, sont les mêmes avec ou sans le champ magnétique externe appliqué, " Evgeniy Talantsev dit. " En outre, Dans cet article, nous avons montré que le supraconducteur se souvient à jamais de son histoire magnétique. Tous les changements qui se produisent même sans dissipation de puissance sont mémorisés par le supraconducteur pendant une durée indéfinie. Cet effet mémoire est appelé hystérésis."

Les principes physiques de l'effet découvert lors de l'observation expérimentale doivent être étayés théoriquement. Ici, Evgeniy Talantsev compte sur l'aide de scientifiques et d'étudiants du Centre de recherche et d'enseignement pour les nanomatériaux et les nanotechnologies. Pendant ce temps, L'équipe d'Evgeniy Talantsev prévoit de poursuivre les expériences à basse température avec de l'hélium liquide, dans des conditions presque identiques aux conditions du Grand collisionneur de hadrons.

Le Large Hadron Collider est une installation souterraine de 27 kilomètres à la frontière entre la Suisse et la France pour la collision de particules élémentaires accélérées à une vitesse proche de la lumière. En enregistrant les collisions de particules, les scientifiques tentent de percer le mystère de la création et de la structure de l'Univers. Ces études ne sont possibles que dans des conditions où le flux de particules élémentaires est comprimé par un fort champ magnétique, un million de fois plus fort que le champ magnétique de la Terre. De tels champs sont créés à l'aide de supraconducteurs, dans lequel un courant électrique géant sans perte circule dans une inductance de près de 27 kilomètres de long, qui est la base du LHC. Une augmentation de l'énergie des particules en collision n'est possible que si l'amplitude du champ magnétique est augmentée. La productivité des supraconducteurs, à son tour, est assuré par un refroidissement à l'hélium liquide :cette substance ne durcit pas même au zéro absolu de température :-273,15 degrés Celsius.

En septembre 2008, en raison du comportement incontrôlable de la bobine d'inductance supraconductrice de 27 km du Grand collisionneur de hadrons, la plus grande catastrophe technologique supraconductrice, le soi-disant "Quench, " s'est produit - c'était la destruction de l'état supraconducteur du supraconducteur. L'augmentation prévue du courant dans la bobine a entraîné des dommages au système cryogénique du LHC. Environ six tonnes d'hélium liquide se sont évaporées dans l'atmosphère (notez que 1 litre d'hélium liquide l'hélium est d'environ 125 grammes, et coûte environ 100 €). Heureusement, il n'y a eu aucune victime, mais le LHC, qui a subi des dommages importants dus à une dissipation d'énergie incontrôlée, était hors service pendant plus d'un an. La science européenne a subi des pertes de plusieurs millions de dollars.

Le document de recherche a été publié dans le Rapports scientifiques .