新しく開発された熱伝導材料は、将来の加速器と産業で使用することを約束します

高熱管理アプリケーションでの熱伝導材料としての銅のスケーラブルな交換の検索は、10年以上にわたって継続的なプロセスでした。銅は依然として熱導体として役立ちます – それ’安く、効果的で、大量に生産でき、大きなコンポーネントで使用するために形作ることができます。しかし、特定の場合、CERNなど’大型ハドロンコリダー (LHC) また、他の特定の産業環境では、密度が低く、極端な熱だけでなく極端な構造圧力も管理できる材料が必要です。

それが、CERNがさまざまなEUを通じて持っている理由です-資金提供を受けたプロジェクトと、産業パートナーのBrevetti BizzとNanokerの助けを借りて、適切な代替品を見つけることに取り組んでいます。作業は炭化物を中心としています-炭素材料 (CCMS)、炭化物の靭性と炭素の汎用性を組み合わせて、硬い条件で熱導体として理想的にします。 

1つの解決策、モリブデン-黒鉛 (mogr)、すでにある程度成功しています。当初、CERNでの適用のために考案されました’sコリメーターの一部として2030年に運用を開始する予定の高光度LHCをアップグレードしました – 粒子のビームを制御および形作るために使用されるデバイス。 

これらのデバイスは、粒子ビームに非常に近い動作する必要があるため、有意な出力密度を消散する必要があります。適切で軽い熱伝導材料  商業市場には存在しませんでした。 

目標は、高い熱伝導率を持っている材料を見つけるように設定されていました (最高の2倍 “標準” 導体、すなわち銅)、良好な電気伝導率、低密度、低係数の熱膨張係数、および良好な機械的特性。 

MOGRの重要な研究開発の後、CERNのチームは何とか​​プロトタイプを作成し、その後、材料を工業化し、2020年に15のコリメーターを装備した建設を許可しました。 ~300 mogr吸収性ブロック。これらのコリメーターのうち12人は、2022年に開始され、2026年に終了するLHCの現在のラン3で積極的に使用されています。 

MOGRの優れた熱物理的特性により、さまざまな産業および技術のアプリケーションをはるかに超えて非常に魅力的にしています-エネルギー物理学とコリダー。 

材料の潜在的なアプリケーションフィールドには、高値が含まれます-パワーエレクトロニクス、航空宇宙、融合、核田は、熱導電率と熱衝撃耐性の低下と低密度が必要です。 

ただし、業界および研究センターでのMoGRの広範な使用は、これまでのところ、生産コストが高く、生産できるブロックのサイズが限られていることによって妨げられてきました。 

優れた熱導体を比較すると、高純度の銅には、単位体積あたりのコストがあります €0.15 cmあたり³、等方性グラファイトは、軽いが導電性が低く、約10倍のコストがかかり、銅の約100倍のコストがかかります。 

何’さらに、生産できるCCM部品の最大サイズは400 cmに制限されています³。最後に、このようなCCMの生産プロセスはエネルギーを消費しており、2600を超える必要な焼結温度に到達するために高い機械力を必要とします °C.これらの理由から、現在、CCMの適用は非常に高いだけに制限できます-材料コストがパフォーマンスに関して二次的なアプリケーションを終了します。