CERN:De første acceleratorer er tilbage i aktion

CERN Kontrolcenter er tilbage i skifteholdstilstand, med vægge af skærme, der viser status for bjælkerne, og kaffe flyder frit dag og nat. På fredag, 3. juli, Long Shutdown 2 -accelerator -koordineringsteamet afleverede nøglen til PS Booster til acceleratoroperatørerne. Linac 4 og PS Booster bliver dermed de to første acceleratorer, der genbruges, 18 måneder efter starten på LS2.

Imidlertid, genoptagelse vil være langt mere kompleks end blot at dreje en nøgle. Da operatørerne afleverede Boosteren til LS2-holdene, de kørte en model bygget i forrige århundrede, og nu befinder de sig bag rattet i en fuldstændig forvandlet superbil. Der er udført arbejde på motoren (strømforsyningen og strømomformere), acceleratoren (radiofrekvenshulrummene), styretøjet (magneterne), indsprøjtningen, kølekredsløbet, kontrol- og sikkerhedssystemerne... faktisk, en lang række komponenter er blevet udskiftet eller opgraderet (se nedenfor). "Omkring 40% af maskinen er blevet udskiftet, " siger David Hay, "chefmekanikeren", eller ingeniør med ansvar for koordineringen af ​​LS2-aktiviteter på PS Booster.

Formålet med arbejdet med denne næsten 50 år gamle accelerator, indgår i LHC Injector Upgrade (LIU) projektet, var todelt:at accelerere de partikler, der ankommer til højere energier fra den helt nye Linac 4 og at øge lysstyrken af, eller koncentrationen af ​​partikler i, strålen.

Linac 4, det nye første led i kæden, accelererer negative hydrogenioner (protoner omgivet af to elektroner) op til en energi på 160 MeV (sammenlignet med 50 MeV tidligere for protonerne fra Linac 2). Jo højere energi og det nye injektionssystem, som omdanner H-ionerne til protoner, øge lysstyrken med en faktor to. Det betyder, at en stråle med samme dimensioner vil indeholde dobbelt så mange partikler. For at bevare denne lysstyrke i PS, den næste accelerator i kæden, boosteren vil øge energien op til 2 GeV (sammenlignet med 1,4 GeV tidligere), takket være dets helt nye accelerationssystem. Den elektriske frastødningseffekt mellem partikler af den samme ladning (Coulomb -frastødning) mindskes, når energien stiger. For at sige det på en anden måde, højere energi hjælper med at holde partiklerne tæt sammen og bidrager dermed til at bevare lysstyrken. Og med mere lysstyrke, kommer mere lysstyrke. "Boosteren er nøglen til at øge lysstyrken af ​​LHC, " forklarer Gian Piero Di Giovanni, projektleder for LIU ved PS Booster, "fordi det effektivt bestemmer lysstyrken af ​​strålen." Den nye injektionstilstand med H-ioner og en højere energi vil også reducere partikeltabshastigheden betydeligt. "Vi vil kun tabe 1 til 2% ved injektion, sammenlignet med over 30 % med det gamle system, «siger Di Giovanni.

Arbejdet på Booster tog 20 måneder over jorden og 18 måneder under jorden. På trods af renoveringens store omfang og de vanskeligheder, der er stødt på med visse aspekter af anlægsarbejdet og af kølesystemet til RF-hulrummene, for ikke at tale om lockdown, som fastfrosset aktiviteter i to måneder, projektet er afsluttet til tiden. Denne præstation skyldes teamenes engagement og omhyggelig og proaktiv koordinering.

Idriftsættelsen af ​​nogle af de nye systemer startede for flere uger siden. Operatørerne tager nu ansvaret for nye, banebrydende kontrolsoftware. "Vi har brugt de sidste to år på at udvikle integrationen af ​​disse nye systemer, " understreger Bettina Mikulec, der overvåger driften af ​​Booster og Linac 4. "Vi skal nu implementere og teste alle undersystemerne fra kontrolcentret og få dem til at fungere i harmoni." Denne komplekse idriftsættelsesproces vil tage flere måneder, i første omgang uden stråle. Hvorimod Linac 4 vil genoptage tests med stråle til sommer, de første partikler skulle cirkulere i PS Booster lige ved årets udgang.

Boosterens metamorfose

• Strømforsyning:Et nyt strømforsyningssystem, svarende til den, der blev installeret til PS (POPS), baseret på effektomformere og kondensatorer og kendt som POPS-B, er installeret i en ny bygning over jorden. Strømomformerne vil forsyne magneterne med elektriske intensiteter på 5500 ampere, sammenlignet med tidligere 4000 ampere. Over 95 % af Boosterens strømomformere er blevet udskiftet siden Long Shutdown 1. Omkring 318 nye omformere, fra 1 kW til flere MW, levere alle komponenter i acceleratoren.
• Køling:Booster har et nyt kølesystem, med køletårne ​​i to renoverede bygninger.
• Injektion og udstødning:For at klare stigningen i energi og brugen af ​​negative hydrogenioner ved injektion, transferlinjerne fra Linac 4 til Booster og fra Booster til PS er alle blevet udskiftet. Dette inkluderer nye magneter (kickere, septa, dipoler, quadrupoler og korrektorer), ny instrumentering og nye stråledumper. Da den består af fire overlejrede ringe, Boosteren kræver et særligt sofistikeret partikelfordelingssystem.
• Acceleration:Det nye accelerationssystem er sammensat af tre strukturer, hver rummer otte hulrum bygget ved hjælp af et magnetisk materiale kendt som FineMet.
• Magneter:I overførselslinjerne og selve Booster-ringen, omkring 60 magneter er blevet udskiftet eller renoveret.
• Sikkerhed og instrumentering:En lang række nye sensorer, strålepositionsmonitorer, stråletabsmonitorer, ledningsscannere, osv. er installeret til at overvåge og måle partikelstrålerne. Enheder til at stoppe strålen eller partikler, der afviger fra banen, er blevet føjet til ringen. Imellem disse, et kollimationssystem kendt som en "absorber/skraber", er den seneste enhed, der er installeret i Boosteren. Disse enheders rolle er endnu mere afgørende nu, da strålen er tættere.