Новоразработените термично проводящи материали обещават за използване в бъдещите ускорители и индустрията
Търсенето на мащабируема заместител на медта като термично проводящ материал при приложения за високо термично управление е продължаващ процес повече от десетилетие. Медта все още е полезна като термичен проводник – то’S евтино, ефективно, може да се произвежда в големи количества и може да бъде оформен за използване на големи компоненти. Но в определени случаи, като CERN’s голям адронен сблъсък (LHC) и други специфични индустриални настройки, има нужда от материал, който притежава ниска плътност и може да управлява не само екстремната топлина, но и с изключително структурно налягане.
Ето защо CERN има чрез различни ЕС-Финансирани проекти и с помощта на индустриални партньори Brevetti Bizz и Nanoker работят върху намирането на подходяща замяна. Работата е съсредоточена върху карбида-въглеродни материали (Ccms), които съчетават здравината на карбидите с гъвкавостта на въглерода, което ги прави идеални като термични проводници в трудни условия.
Един разтвор, молибден-Графит (Mogr), вече е успешен до известна степен. Първоначално е създаден за кандидатстване в CERN’S модернизирана висока светене LHC, която трябва да започне операции през 2030 г., като част от колиматорите – Устройства, използвани за контрол и оформяне на лъча от частици.
Тези устройства трябва да работят много близо до гредата на частиците и следователно трябва да разсейват значителната плътност на мощността. Подходящ и лек термично проводящ материал не съществуваше на търговския пазар.
Целта беше поставена да намери материал, който имаше: висока топлинна проводимост (Два пъти по -високо от най -добрите “стандарт” Проводник, т.е. мед), добра електрическа проводимост, ниска плътност, нисък коефициент на термично разширение и добри механични свойства.
След значителни изследвания и разработване на MOGR, екипи от CERN успяват да прототипират и след това да индустриализират материала, което позволява през 2020 г. изграждането на 15 колиматори, оборудвани с ~300 блока за абсорбатор на Mogr. Дванадесет от тези колиматори активно се използват по време на сегашния цикъл 3 на LHC, който стартира през 2022 г. и ще приключи през 2026 г.
Отличните термофизични свойства на MOGR го правят много привлекателен за редица индустриални и технологични приложения далеч отвъд високото-Енергийна физика и калъфи.
Потенциалните полета на приложение за материала включват високо-Електрониката на мощността, аерокосмическото пространство, сливането и ядрените полета, където са необходими намалено термично разширение и ниска плътност, заедно с висока топлинна проводимост и устойчивост на термичен удар.
Въпреки това, широкото използване на MOGR в индустрията и изследователските центрове е възпрепятствано от високите му производствени разходи и ограничения размер на блоковете, които могат да бъдат произведени.
Когато сравнявате добрите термични проводници, медта с висока чистота има разходи за единица обем от около това €0,15 на cm3, изотропният графит, който е по -лек, но по -малко проводим, струва около 10 пъти повече, а могро, по -лек неподвижен и по -проводим, струва около 100 пъти повече от медта.
Какво’s повече, максималният размер на CCM част, който е възможно да се получи, е ограничен до 400 cm3. И накрая, производственият процес на такъв CCM консумира енергия, което изисква висока мощност на машината да достигне необходимата температура на синтероване, която е над 2600 °В. Поради тези причини, понастоящем прилагането на CCMS може да бъде ограничено само до много високо-Крайни приложения, където материалните разходи са вторични по отношение на производителността.