HTS Winding and Junction Technology Development for the Muon Collider Cooling Cell Solenoids

La tecnologia dei superconduttori ad alta temperatura (HTS) rappresenta un grande passo avanti nel campo della superconduttività, consentendo all’elettricità di fluire in un con duttore senza resistenza a temperature facilmente mantenibili tramite azoto liquido. Gli HTS rappresentano una tecnologia "abilitante" nella ricerca scientifica, permettendo la realizzazione di mangeti per acceleratori di particelle e reattori a fusione, i quali richiedono campi magnetici forti e stabili, aprendo le porte a a nuove scoperte scientifiche. Una delle applicazioni più di rilievo dei materiali HTS è nel design e sviluppo del Muon Collider, uno dei principali candidati per la prossima generazione di acceleratori di particelle ad alta energia dopo il Large Hadron Collider (LHC), progettato per accelerare i muoni, particelle simili agli elettroni ma 200 volte più pesanti, che hanno una vita media di soli 2.2 µs prima di decadere in un elettrone e due neutrini. I materiali HTS, prodotti sotto forma di sottili nastri, sono una scelta ideale per costruire i solenoidi richiesti per il col lisore, progettati per generare campi magnetici fino a 40 Tesla. Questi solenoidi, necessari per raffreddare e controllare i fasci di muoni, rappresentano una delle tante sfide dietro alla realizzazione del Muon Collider. Questo lavoro di ricerca si propone come obiettivo quello di produrre e testare differenti piccole bobine in materiale HTS al fine di compren dere quale design sia il più performante. Diverse bobine sono state avvolte e testate in azoto liquido per studiare e caratterizzare nuove tecnologie di avvolgimento. Inoltre lo studio affronta le sfide legate alla giunzione dei nastri HTS, sperimentando diverse leghe per brasatura e tecniche di giunzione per realizzare saldature tra tali nastri più robuste ed efficienti possibile. A tal fine sono stati prodotti numerosi campioni con l’obiettivo di caratterizzare geometrie di giunzioni diverse, e sviluppare un metodo per effettuare giunzioni pulite, ripetibili e controllate. Questa ricerca rappresenta il primo passo verso la realizzazione dei solenoidi necessari nella sezione di raffreddamento del Muon Collider. L’obiettivo finale è contribuire ai progressi della tecnologia HTS e alla sua applicazione nella fisica delle alte energie.

La tecnologia dei superconduttori ad alta temperatura (HTS) rappresenta un grande passo avanti nel campo della superconduttivit`a, consentendo all’elettricit`a di fluire in un conduttore senza resistenza a temperature facilmente mantenibili tramite azoto liquido. L’utilizzo di tali materiali non solo riduce i costi operativi, ma apre anche nuove possibilit`a tecnologiche e industriali. I superconduttori ad alta temperatura sono indispensabili per migliorare i sistemi di trasmissione e stoccaggio dell’energia come ad esempio lo (SMES). Nel settore dei trasporti, supportano lo sviluppo di treni a levitazione magnetica (ma- glev) e potrebbero portare grandi innovazioni nel campo dei velivoli elettrici. In ambito sanitario, i materiali HTS migliorano i sistemi di risonanza magnetica (MRI) e contri- buiscono a perfezionare i trattamenti contro il cancro tramite la terapia con particelle. Inoltre, gli HTS sono una tecnologia ”abilitante” nella ricerca scientifica, nel senso che permetterebbero la costruzione, di acceleratori di particelle e reattori a fusione, i quali richiedono campi magnetici forti e stabili, aprendo le porte a a nuove scoperte scientifiche. Una delle applicazioni pi`u di rilievo dei materiali HTS `e nel design e sviluppo del collisore di muoni, uno dei principali candidati per la prossima generazione di acceleratori di particelle ad alta energia dopo il Large Hadron Collider (LHC). Questo collisore `e progettato per accelerare i muoni, particelle simili agli elettroni ma 200 volte pi`u pesanti, che hanno una durata di vita di soli 2,2 microsecondi prima di decadere in un elettrone e due neutrini. I materiali HTS, prodotti sotto forma di sottili nastri, sono una scelta ideale per costruire i solenoidi richiesti per il collisore, progettati per generare campi magnetici fino a 40 Tesla. Questi solenoidi sono necessari per raffreddare e controllare i fasci di muoni, rappresentano una delle tante, complesse, sfide dietro alla realizzazione del muon collider. L’utilizzo di materiali HTS renderebbe il progetto del collisore un passo pi`u vicino alla realizzazione. Questo lavoro di ricerca si propone come obiettivo quello di produrre e testare dif- ferenti piccole bobine in materiale HTS al fine di comprendere quale design sia il pi`u performante ed eventualmente migliorarne le prestazioni in termini di corrente critica e campo magnetico. Inoltre, lo studio affronta le sfide legate alla giunzione dei nastri HTS, sperimentando diverse leghe per brasatura e tecniche di giunzione per rendere le connes- sioni tra i nastri HTS pi`u affidabili, robuste ed efficienti possibile. Lo studio di tali bobine rappresenta un primo passo verso la realizzazione dei solenoidi necessari nella sezione di raffreddamento del collisore di muoni. L’obiettivo finale `e contribuire ai progressi della tecnologia HTS e alla sua applicazione nella fisica delle alte energie