布魯克海文國家實驗室重新設計超導磁鐵儲存系統提升儲存容量並節省成本

美國能源部布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）重新設計的超導磁鐵儲存系統預計可節省約 US$420,000 (約 HK$3,276,000)，同時提高未來粒子加速器所需設備的儲存容量。該四層結構能在有限空間內容納最多 45,000 磅的磁鐵。此設計由羅徹斯特理工學院（Rochester Institute of Technology，簡稱 RIT）四年級機械工程技術學生羅伯特·德賈爾丹（Robert Desjardins）在為期 10 週的暑期實習期間開發。

該設計將協助布魯克海文儲存約 80 個正在從相對論重離子對撞機（Relativistic Heavy Ion Collider，簡稱 RHIC）中移除的磁鐵。這些設備預定於電子-離子對撞機（Electron-Ion Collider，簡稱 EIC）中重新使用，該加速器預計將於 2030 年代中期投入運行。每個超導磁鐵長約 20 英尺，重量超過 10,000 磅。

新設計提升儲存容量

新設計的支架在不需額外地面空間的情況下，將儲存容量由三個磁鐵增加至四個。

原有的儲存支架設計於 1990 年代，僅能容納三個磁鐵。布魯克海文需要一個更高的結構，以容納額外的磁鐵，同時滿足承重和安全要求。德賈爾丹利用計算機輔助工程模型重新設計支架，審查現有藍圖，並與製造商合作評估提議的結構。德賈爾丹表示：「原有的支架於 1990 年代設計，當時只能容納三個磁鐵。他們希望將容量提高至四個。」此次重新設計還需要進行廣泛的模擬，以評估結構強度、承重能力及抗震性能。

模擬檢查確保安全性

這些檢查旨在確定支架是否能安全支撐重型設備，包括在地震相關力量下的表現。德賈爾丹與布魯克海文的機械工程師喬納森·格林（Jonathon Greene）合作，後者是 RIT 的校友，並負責監督該項目。根據格林的說法，修訂設計在提高儲存系統高度的同時降低了成本。他表示：「羅伯特在提高高度的同時降低了原始設計的成本。這樣我們節省了約 US$420,000 (約 HK$3,276,000)。」據報導，節省的金額與儲存支架的重新設計有關，但提供的資訊並未具體說明節省的計算方式，亦未提供獨立驗證該數字的資料。

布魯克海文的 RHIC 已運行超過 26 年，讓科學家能夠在極端條件下研究物質。其中一些超導磁鐵將保留用於新的電子-離子對撞機，而非被丟棄。EIC 的開發旨在調查質子和原子核的內部結構。該加速器將使電子與離子發生碰撞，讓研究人員檢視夸克和膠子在物質內部的行為。保留現有磁鐵是實驗室為兩個設施之間過渡做準備的一部分。重新設計的支架將為設備提供儲存空間，以便重新使用。

在開發過程中，德賈爾丹向布魯克海文的工程師和科學家展示設計更新，並回答有關材料選擇、安全評估和模擬結果的問題。布魯克海文也記錄了四層支架的原型。不過，提供的材料並未確認所有所需支架是否已製造，或約 80 個磁鐵的完整庫存是否已轉移至儲存。

該項目展示了一個相對簡單的結構重新設計如何能夠提高儲存密度並降低基礎設施成本，同時支持重大科學設施的建設。

結構重新設計對科學研究的重要性

布魯克海文國家實驗室的超導磁鐵儲存系統重新設計，不僅提升了儲存容量，還顯示出在有限空間內有效利用資源的潛力。這項技術創新對於未來粒子加速器的運行至關重要，因為它能夠在不增加成本的情況下，支持更大規模的科學實驗。透過這種方式，實驗室能夠更好地準備過渡到新設施，並確保現有設備的持續使用，從而促進科學研究的進步。