Vellykket test baner vejen for magnetproduktion på CERN

Large Hadron Collider (LHC) har brug for specifikke typer magneter til stramt at kontrollere partikelstrålerne ved dens kollisionspunkter. Kaldet endelig-fokuserende quadrupoler, er disse magneter installeret i LHC's interaktionsområder omkring eksperimenterne. Til højlysstyrkeopgraderingen af ​​LHC (HL-LHC) skal de endelige fokuserende magneter på ATLAS og CMS udskiftes. Tests hos CERN har nu bekræftet, at de quadrupole-magneter, der nyligt er designet til at erstatte dem, vil fungere.

I modsætning til LHC-magneterne, som er lavet af niobium-titanium (Nb-Ti), er de nye magneter lavet af et mere udfordrende materiale:niobium-tin (Nb3Sn). "I betragtning af Nb3Sns skørhed og det faktum, at dets spoler er meget stive, kræver samling af Nb3Sn-magneter nøje opmærksomhed," forklarer José Miguel Jiménez, leder af teknologiafdelingen. "Dette gør det til en meget større udfordring end for Nb-Ti-magneter."

CERN teknologiafdelingen er ved at udvikle en serie på ti magneter (otte plus to ekstra), hver 7,2 meter lange. Dette arbejde bygger på HL-LHC Accelerator Upgrade Project (AUP), der er baseret i USA, som i øjeblikket fremstiller 20 (16 plus fire reservedele) quadrupole magneter, hver 4,2 meter lange.

Nylige test hos Fermilab viste, at disse magneter fungerer ved målstrøm ved både 1,9 kelvin (-271,25°C) og 4,5 kelvin (-268,65°C), og dermed opfylder projektets krav. CERN-teamet er afhængigt af det samme design og lignende fremstillingsprocedurer som AUP, men skalerer dem op til 7,2 meter lange magneter.

"Bidraget fra vores amerikanske kolleger har været medvirkende til at udvikle designet og procedurerne for disse magneter, og de regelmæssige krydstjek af fremstillings- og testdata har hjulpet holdene på begge sider af Atlanten med at overkomme mange udfordringer," siger Ezio Todesco , der er ansvarlig for HL-LHC interaktionsregionens magneter.

Den vellykkede test på CERN, som løb fra august til oktober, opnåede målstrømmen på 16,53 kA ved både 1,9 K og 4,5 K. Målstrømmen svarer til 7 TeV LHC-driften plus en 300 A margin. Selvom driften er planlagt til 1,9 K, bekræfter evnen til at nå målstrøm ved 4,5 K designet robusthed og en komfortabel driftsmargin for HL-LHC og videre.

Dette er den tredje magnet i fuld længde, der skal testes som en del af en genopretningsplan, der er besluttet, efter at ydeevnebegrænsninger er blevet observeret på de to første prototyper. De andre magneter viste ingen tegn på nedbrydning, når de blev testet, men var altid begrænset til under målstrømmen, når de blev drevet ved 4,5 K. Holdet hos CERN satte produktionen på pause for at undersøge denne begrænsning. Ved at forbedre designet af den ydre skal, reducere spidsbelastningen på magneten under spolesamling og ændre parametrene for spolefremstillingsprocessen, eliminerede de begrænsningerne, og den tredje magnet har overstrålet sine forgængere.

"Tak til alle bidragyderne for de fremragende resultater og det effektive teamwork og for at udlede praktiske og robuste tekniske løsninger til at bringe niobium-tin-teknologi til det modenhedsniveau, der kræves til acceleratormagnetapplikationer," siger Arnaud Devred, TE-MSC gruppeleder.

"Dette er et fantastisk resultat for projektet," siger Oliver Brüning, HL-LHC projektleder. "Det betyder, at niobium-tin er levedygtigt for 7 meter lange acceleratormagneter og er en muliggørende teknologi for HL-LHC."

Leveret af CERN