[논문 리뷰] The 2020 Updated Roadmaps for the US Magnet Development Program

S. Prestemon, Kathleen Amm외 5명|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 18.

Superconducting Materials and Applications참고 문헌 22인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 미국 에너지부(DoE) 후원 프로그램인 미국 자기석자 개발 프로그램(US MDP)의 2020년 업데이트된 비전도를 제시한다. 이는 향후 고에너지 물리학 충돌기용 차세대 가속기 자기석자 기술을 발전시키기 위해 국립연구소와 대학 팀이 협력하는 계획이다. 업데이트된 비전도는 2016년 이후의 진전, 브룩헤븐 국립연구소의 통합, 국제 공동체 및 DoE-OHEP의 기여를 반영하여, 초전도 자기석자 설계, 재료, 제조 기술 분야의 전략적 연구개발(R&D) 우선순위를 제시하여 미국이 가속기 자기석자 과학 분야에서의 선도적 지위를 유지하도록 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 향후 고에너지 물리학 충돌기용 가속기 자기석자 기술 분야에서 미국의 선도적 지위를 유지하고 강화하기 위해.
• 2016년 미국 MDP 비전도를 2016년 이후의 새로운 과학적 진전, 기관 확장(브룩헤븐 국립연구소 포함), 그리고 다가올 스노메시 계획을 고려하여 업데이트하고 재정비하기 위해.
• 국가 차원의 자기석자 R&D 노력을 DoE 고에너지물리학국(OHEP)의 우선순위와 국제적 동향에 맞추기 위해.
• 가속기 프로그램과 재료 과학 분야 간의 횡단적 연구 및 기술 이전을 촉진하기 위해.
• 향후 충돌기 응용을 위한 초전도 자기석자 시스템에 대한 장기적 투자와 협력을 이끌어내기 위해.

제안 방법

• 5년간의 기술적 진전을 바탕으로 원래의 2016년 미국 MDP 비전도를 종합적으로 검토하기 위해.
• MDP 연구원, 기술자문위원회, 국제 가속기 공동체, DoE-OHEP으로부터의 기여를 통합하기 위해.
• 2019년에 프로그램에 추가된 브룩헤븐 국립연구소의 새로운 능력과 연구 방향을 통합하기 위해.
• 고자기장 초전도 자기석자에 대한 기술 길을 재정비하며, 재료, windings 설계, 쿠엔치 보호 기술에 집중하기 위해.
• 2030년까지 주요 자기석자 시스템의 R&D 마일스톤과 기술 준비도 수준(TRLs)을 매핑하기 위해.
• 프로그램 목표를 2021년 스노메시 과정을 포함한 미국 고에너지물리학 공동체의 포괄적 계획 과정과 일치시키기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 향후 충돌기용 차세대 초전도 자기석자 시스템에서 가장 중요한 기술적 격차와 기회는 무엇인가?
• RQ2 미국 자기석자 R&D 기업은 브룩헤븐 국립연구소와 같은 새로운 기관의 능력을 최대한 어떻게 활용할 수 있는가?
• RQ3 2030년까지 주요 자기석자 구성 요소의 개선된 기술 준비도 수준과 개발 일정은 무엇인가?
• RQ4 글로벌 경쟁 속에서 미국이 가속기 자기석자 혁신 분야에서 지속적인 선도적 지위를 확보하기 위해선 어떻게 해야 하는가?
• RQ5 DoE 과학 계획의 다양한 분야 간에 효과적인 협력과 기술 이전을 위한 가장 효과적인 전략은 무엇인가?

주요 결과

• 2020년 비전도는 브룩헤븐 국립연구소를 미국 MDP에 공식적으로 통합하여 국가 R&D 범위와 능력을 확대하였다.
• 2016년 이후 고자기장 초전도 자기석자 설계 분야에서 상당한 기술적 진전이 있었으며, 특히 재료 과학과 쿠엔치 보호 시스템 분야에서 두드러졌다.
• 업데이트된 비전도는 Nb3Sn 및 REBCO와 같은 고급 초전도체를 사용하여 16–20 T 수준의 자기석자를 달성하기 위한 핵심 마일스톤을 규명하였다.
• 프로그램은 2021년 스노메시 공동체 계획 과정과 강화된 유사성을 확보하여 향후 미국 HEP 시설 제안에 대한 관련성을 유지하였다.
• 비전도는 향후 가속기 자기석자에 대한 제조의 확장성, 신뢰성, 비용 효율성에 더욱 집중하였다.
• 기술자문위원회와 DoE-OHEP는 2030년까지 미국 자기석자 R&D의 전략적 프레임워크로서 업데이트된 비전도를 승인하였다.