[論文レビュー] The 2020 Updated Roadmaps for the US Magnet Development Program

S. Prestemon, Kathleen Amm+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2020

Superconducting Materials and Applications参考文献 22被引用数 26

ひとこと要約

この論文は、米国加速器磁石開発プログラム（US MDP）の2020年版アップデート版ロードマップを提示している。US MDPは、エネルギー省（DOE）が支援するイニシアチブであり、国立研究所および大学のチームが連携して、次世代の加速器磁石技術を前進させるものである。アップデートされたロードマップは2016年以降の進捗、ブルークン・ナショナル・ラボラトリの統合、国際社会およびDOE-OHEPからのフィードバックを反映しており、米国が加速器磁石科学分野でリーダーシップを維持するための、超電導磁石設計、材料、製造技術分野における戦略的R&D優先順位を提示している。

ABSTRACT

The US Magnet Development Program brings together teams from the leading US accelerator magnet research programs to develop the next generation of magnet technology for future collider applications. Sponsored by the DOE Office of High Energy Physics, the program strives to maintain and strengthen US Leadership in the field, while nurturing cross-cutting activities from other programs to further strengthen the research and its impact to the DOE Office of Science. The US MDP was initiated in 2016, and there has been significant progress on the original program roadmaps and major advancements in magnet science. These advances, together with the addition of Brookhaven National Laboratory to the MDP in 2019 and the onset of the next Snowmass community planning effort for High Energy Physics in early 2020, motivate a review and renewal of the program roadmaps. The updated roadmaps presented here are the result of significant discussion and planning with the MDP research staff, along with guidance from our Technical Advisory Committee, outreach to colleagues from the International Community, and feedback from DOE-OHEP.

研究の動機と目的

• 次世代高エネルギー物理学衝突型加速器向けの加速器磁石技術分野における米国のリーダーシップを維持・強化すること。
• 2016年版US MDPロードマップを、新たな科学的進捗、機関の拡大（ブルークン・ナショナル・ラボラトリの含む）、および近い将来のスノーマス計画を踏まえて更新・刷新すること。
• 全国の磁石R&D活動をDOE高エネルギー物理学部門（OHEP）の優先順位および国際的動向と一致させること。
• 加速器プログラムと材料科学分野の間で横断的な研究と技術移転を促進すること。
• 将来の衝突型加速器用途に向けた超電導磁石システムにおける長期的投資および協働を導くこと。

提案手法

• 5年間の技術的進捗を根拠に、2016年版US MDPロードマップの包括的レビューを実施した。
• MDP研究スタッフ、技術諮問委員会、国際加速器コミュニティ、およびDOE-OHEPからのフィードバックを統合した。
• 2019年にプログラムに参加したブルークン・ナショナル・ラボラトリからの新たな能力および研究分野を統合した。
• 高磁場超電導磁石の技術的パスを再検討し、材料、コイル設計、クエンチ保護の分野に焦点を当てた。
• 2030年までの主要磁石システムのR&Dマイルストーンおよび技術成熟度レベル（TRL）をマッピングした。
• プログラムの目標を、2021年スノーマスプロセスを含む、米国高エネルギー物理学コミュニティ全体の計画プロセスと一致させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の衝突型加速器向け次世代超電導磁石システムにおいて、最も重要な技術的格差と機会は何か？
• RQ2 米国の磁石R&Dエコシステムは、ブルークン・ナショナル・ラボラトリの新たな能力をいかに最適に活用できるか？
• RQ3 2030年までの主要磁石部品の技術成熟度（TRL）および開発スケジュールはどのように見直されたか？
• RQ4 国際的な競争が激化する中で、米国が加速器磁石分野のイノベーションリーダーシップをどのように維持できるか？
• RQ5 DOE科学局のイニシャチブを横断する、効果的なプログラム連携および技術移転の戦略は何か？

主な発見

• 2020年版ロードマップは、ブルークン・ナショナル・ラボラトリを正式にUS MDPに統合しており、全国のR&D基盤と能力が拡大した。
• 2016年以降、特に材料科学およびクエンチ保護システム分野で、高磁場超電導磁石設計分野において顕著な技術的進捗が達成された。
• アップデートされたロードマップは、Nb3Sn や REBCO といった高度な超電導素材を用いた16–20 Tクラス磁石の実現に向けた主要なマイルストーンを特定している。
• プログラムは2021年スノーマスコミュニティ計画プロセスとの連携を強化し、将来の米国HEP施設の提案に即した関連性を確保した。
• 次世代加速器磁石の製造のスケーラビリティ、信頼性、コスト効率に、より強い焦点が置かれた。
• 技術諮問委員会およびDOE-OHEPは、2030年までの米国磁石R&D戦略的フレームワークとして、アップデートされたロードマップを承認した。