Kronjuvelen i HL-LHC magneterne

Mens LHC er ved starten af ​​en ny sæson med dataoptagelse, forskere og ingeniører rundt om i verden arbejder hårdt på at udvikle helt nye magneter til LHC -opgraderingen, High Luminosity LHC (HL-LHC).

Ja, til denne opgradering, mere end en kilometer af LHC -maskinen skal udskiftes. Installationen starter i 2024, og der vil være omkring 100 magneter af 11 nye typer:fire typer hovedmagneter (dipol- og quadrupolmagneter, som bøjer og fokuserer strålerne), og syv forskellige typer af korrigerende magneter.

I særdeleshed, de nye hoved quadrupole magneter, der vil sidde i indsættelsesområderne på hver side af ATLAS- og CMS -detektorerne, udnytte en vigtig innovativ teknologi, der leverer felter ud over 10 Tesla. De er bygget af niobium-tin (Nb3Sn), ved hjælp af et unikt design, der gør det muligt at øge den maksimale magnetiske feltstyrke med omkring 50% sammenlignet med de nuværende LHC -dipoler, bringe det fra omkring otte til omkring 12 tesla (T). De vil klemme bjælkerne før kollisioner, udskiftning af firpolerne i LHC's trillinger. Disse magneter vil bidrage til at øge den integrerede HL-LHC-lysstyrke-det samlede antal kollisioner-op til en faktor 10 ud over LHC's designværdi.

De nye firpolsmagneter udvikles inden for rammerne af et samarbejde mellem CERN og LHC-AUP (LHC Accelerator Upgrade Project) -konsortiet, som involverer tre amerikanske laboratorier. To typer af disse nye quadrupole magneter i to forskellige længder (4,5 meter i USA og 7,5 meter ved CERN) er under udvikling.

Nu er designfasen afsluttet, hovedmagneterne er i prototypefasen. I betragtning af de høje omkostninger ved magneternes materialer, test udføres på kortere modeller (1,5 meter) for at vurdere designets stabilitet og den mekaniske struktur. Et af hovedproblemerne ved Nb3Sn -magneterne er styringen af ​​de termiske sammentrækninger, fordi de materialer, der udgør magneten, skal undergå hårde ændringer, fra at blive opvarmet til 650 ° C for at lave superlederen, og derefter kølet ned til kryogene temperaturer - som magneterne har brug for for at arbejde i en superledende tilstand.

Sidste år, en 1,5 meter lang model quadrupole, lavet af to spoler fra LARP (LHC Accelerator Research Program) konsortiet og to fra CERN, blev testet i USA, når et maksimalt magnetfelt på 13 T. En anden kort model, med tre spoler lavet på CERN og en i USA, blev også testet på CERN senere på året, for at kontrollere reproducerbarheden af ​​ydeevnen. Det nåede et topfelt på 12,2 T, over det nominelle magnetfelt, men et par tiendedele af en tesla under målet om ultimativ ydeevne. En anden iteration af forsamlingen vil blive foretaget i anden del af året. En tredje kort model af trillingerne på hver side af ATLAS og CMS, og den første med et homogent sæt spoler, vil snart blive testet på CERN. Det vil være en vigtig test for at validere mange funktioner i quadrupoldesignet.

I januar 2017, en 4,5 meter lang spole i fuld længde-en verdensrekordlængde, for en Nb3Sn -magnet i en accelerator - er blevet testet på det amerikanske Brookhaven National Laboratory og nået den nominelle feltværdi på 13,4 T.

I mellemtiden på CERN, viklingen af ​​7,15 meter lange spoler startede allerede i bygningen af ​​Large Magnet Facility. "Skalering fra en til syv meter er absolut ikke en triviel opgave, og det er en af ​​de største teknologiske udfordringer ved dette projekt, " siger Ezio Todesco, en fysiker i afsnittet SC Magnet Design and Technology, i magneterne, Superledere og Cryostats -gruppe i teknologiafdelingen, der leder arbejdet for HL-LHC-projektet, der beskæftiger sig med magneter til indsættelsesområderne. "Mellem slutningen af ​​dette år og slutningen af ​​næste år, vi tester de første prototyper i fuld længde. Vi får derefter bekræftelsen på, at de fungerer som forventet, og se, om der er brug for en vis design -iteration, "tilføjer han.