Super Proton Synchrotron til at modtage en ny stråledump

Ved afslutningen af ​​den anden lange nedlukning (LS2) af CERNs acceleratorkompleks, en ni meter lang genstand med flere hundrede tons afskærmning vil blive installeret omkring strålelinjen i Super Proton Synchrotron (SPS). Men dette objekt, den længste enkeltkomponent i SPS, er ikke en almindelig. Den indeholder den nye stråledump af SPS, designet til at absorbere partikler, hvis flyvning gennem SPS skal afsluttes. Inderst inde i den komplekse enhed vil de faktiske absorberende elementer i lossepladsen sidde, indeholdende grafit, molybdæn og wolfram. Denne kerne vil være beklædt i lag af beton, støbejernsafskærmning (malet grønt i henhold til CERN's farveskemaer) og marmor. Det nye stråledump hjælper med at absorbere partikelstråler med en lang række energier - fra 14 til 450 GeV - og bygges som en del af LHC Injectors Upgrade (LIU) -projektet.

Som diskuteret i en tidligere LS2 -rapport, den gamle stråledump i SPS - placeret ved punkt 1 i acceleratorens ring - erstattes af en ny ved punkt 5, som forberedelse til High-Luminosity LHC (HL-LHC). Da det ældre objekt ikke ville være i stand til at klare de højere stråleintensiteter, der er nødvendige for HL-LHC, som kommer online i 2026, SPS -teamet besluttede for fem år siden at opføre et nyt dump med de nødvendige egenskaber. Omdesignet var nødvendigt, fordi de højere intensiteter vil resultere i, at lossepladsen undergår meget større mekaniske kræfter i løbet af sin levetid, nødvendiggøre en mere robust enhed end tidligere.

"Vi overvejede at bygge en ekstern dump uden for SPS -tunnelen, ligner den, LHC har, "forklarer Etienne Carlier, fra CERNs Teknologiafdeling. "Men det store dynamiske område af SPS -bjælkerne gør det umuligt at udtrække de forskellige bjælker med et system. Så vi besluttede at bruge en intern dump, som er en del af selve SPS. "Opførelsen af ​​denne bjælketump er en af ​​de vigtigste opgaver inden for LIU -projektet, og omkring 125 meter af SPS -tunnelen vil blive ændret for at imødekomme den. Der er flere udfordringer undervejs, involverer den nødvendige dedikerede infrastruktur, som inkluderer nye kickermagneter, et optisk system til overvågning af strålepositionen og køle- og ventilationssystemer.

De sparkere, der er placeret før en acceleratorens stråledump, er ansvarlige for at aflede bjælken fra sin sædvanlige vej og feje den ind i lossepladsen. På et præcist øjeblik, de skal generere passende elektromagnetiske pulser i de lodrette og vandrette planer for at gøre det. Det vertikale kicker-system genererer en puls på op til 650 MW under en SPS-revolution ved hjælp af det mest kraftfulde pulsdannende netværk, der er bygget på CERN. Den bruger to nyudviklede redundante 36-kV solid-state switches, som vil fungere parallelt for maskinbeskyttelse, at overføre den lagrede energi til magneten. "Kickeren afbøjer og fortynder strålen på en sådan måde, at den kan absorberes langs dumpkernens længde, "bemærker Carlier." Og fordi den altid skal bøje strålen i samme vinkel uafhængigt af strålenergien, ladningsopbygningen i kondensatorbanken er proportional med energien fra de cirkulerende stråler. "

SPS -operatører skal vide, om bjælker dumpes korrekt eller ej, ved at observere deres form og fordeling, når de kommer ind i lossemængden. "Vi skal have disse oplysninger, så vi ved, at lossepladsen har en ensartet varmeprofil, når bjælkerne kommer ind i den, "Siger Carlier. Bjælkeprofilen registreres ved hjælp af en skærm, der installeres i stien til bjælkerne, der dumpes, som en del af "Beam Instrumentation TV" -systemet. Dette indviklede system er lavet af en 17 m lang optisk linje med fem spejle af høj kvalitet, der overfører strålebilledet fra skærmen til et velafskærmet kamera placeret uden for stråledumpen, som operatørerne kan overvåge eksternt i realtid.

Stråledumpen vil have en dedikeret vakuumsektor, der omgiver hele strukturen. Selve kernen er omgivet af kobberafskærmning og vil blive vandkølet, mens luftventilation ikke kun hjælper med køling, men også sikrer, at ingen af ​​luften aktiveres af strålingen af ​​kernen. Efter LS2, lossepladsen vil blive bagt ud i tunnelen, før SPS modtager stråle, opvarmning af grafitten, der udgør dumpkernen til 200 ° C. Derefter, under maskindrift, dumpblokken opvarmes til højere temperaturer af slagbjælkerne, og trykket i lossepladsen vil midlertidigt stige, indtil blokkene er konditioneret.

Forberedelser til at huse den gigantiske struktur er i gang i de underjordiske huler og tunneler, hvor SPS sidder, og selve lossepladsen tager form på overfladen. Den anlæg, som bjælkedumpen vil sidde på, samles i hulen kendt som ECX5, hvor UA1 -detektoren engang fungerede. Denne anlæg skal være fremstillet af en særlig beton, indeholder ekstremt lave niveauer af kobolt og europium. Disse elementer aktiveres let af stråling og ville derfor forblive varme i lang tid. Det er en stor pris at undgå dem, men det sikrer, at distancen ikke absorberer for meget stråling i løbet af lossepladens levetid. Anlægets base vil blive fastgjort til jorden, mens laget lige under lossepladsen vil være sammensat af bevægelige betonblokke.

Anlægsarbejdet forventes at vare indtil udgangen af ​​dette år, hvorefter stråledumpen begynder at blive samlet i den udpegede bolig. I de resterende måneder af LS2, stråledumpen og dens tjenester vil blive klargjort til bjælkerne, der ankommer i 2021, da LHC begynder sit tredje løb.