Nye overflader skal udvikle kraftigere magneter til CERN

Teknologisk Instituts Tribologicenter har sammen med Aarhus Universitet og en ph.d.-studerende forsket i og udviklet en ny elektrisk isolerende aluminiumoxid belægning.

Belægningen skal testes og eventuelt anvendes i en kommende opgradering af den internationale partikelaccelerator hos CERN, der ligger på grænsen mellem Schweiz og Frankrig. En aluminiumoxid-belægning på 50 mikrometer er en usædvanlig tyk PVD-belægning.

I forbindelse med opgraderingen af CERNs partikelaccelerator til endnu højere energier har man to muligheder: Enten kan man øge radius af den cirkulære tunnel, eller man kan øge magnetfeltet og bibeholde den eksisterende tunnel under jorden. Det sidste er den billigste løsning, og derfor arbejder CERN på at udvikle endnu stærkere superledende magneter til den 27 km lange partikelaccelerator.

Arbejdet med at udvikle og kontrollere en stabil aluminiumoxid deponeringsproces og ikke mindst at forstå, hvordan forskellige procesparametre påvirker de mekaniske og elektriske egenskaber, når belægningen dannes, har været en længere proces. Dette har efterfølgende ført til lanceringen af to kommercielle nye produkter i regi af Teknologisk Instituts Tribologicenter, hvor man som noget helt unikt er lykkedes med belægge 3D-printede emner med 50 mikrometer aluminiumoxid.

Belægningen til CERN, som er en specielt tyk version af den såkaldte lavtemperaturs Al2O3 aluminiumoxid belægning fra Tribologicentret, fremstilles ud fra en såkaldt reaktiv PVD sputteringsproces i et ilt/argon plasma-miljø, hvor ilt reager med aluminiumsatomer fra aluminiumstargets under dannelse af en optimeret aluminiumoxid-belægning.

Forespørgslen fra CERN lød på en belægning til 3D-printede metalemner i forbindelse med fremstillingen af en prototype af den nye superledende magnet til CERN.

Luftfoto af CERN.

- Belægningen skal kunne modstå en meget høj opvarmning til 680 °C uden at de funktionelle egenskaber reduceres, hvilket også gælder ved magnetens arbejdstemperatur der er 1.9 K – det vil sige -271,25 °C. Den nedkølede magnet belastes af kraftigt pres, hvilket giver høje krav til tolerancerne for at undgå skader pga. overkompression, siger dr. Christian Hannes Loffler, der er CERNs ansvarlige for udviklingen af de nye 11 tesla (T) dipolmagneter.

Teknologisk Institut har nu leveret belagte afstandsstykker til fire sæt magneter til CERN. Efterfølgende er magneterne, hvori belægningen indgår, blevet samlet og installeret hos CERN.