Det tiårige projekt til at skabe nye magneter til LHC sluttede i succes • Igor Ivanov • Videnskabsnyheder om "Elementer" • LHC, fremtidige planer, tekniske aspekter af LHC

Det tiårige projekt til at skabe nye magneter til LHC var en succes.

Plan for trin til udvikling af stadig mere komplekse prototyper af quadrupole magneter inden for rammerne af LARP projektet. Nu er samarbejdet på stadierne af HQ og LQS. Billede fra artiklen arXiv: 1108.1625

Stor Hadron Collider forbereder kun for at nå den beregnede energi og lysstyrke, men fysikere og ingeniører har længe kigget langt fremme. Nu er det planlagt, at LHC'en vil fungere i denne tilstand indtil omkring 2020, og så vil den have en større modernisering. Hvis alt går efter planen, vil der inden for to eller tre år blive opdateret mange komponenter i acceleratoren og detektorer, hvilket vil gøre det muligt at øge collimatorens lysstyrke 10 gange. Denne driftstilstand, som skal vare indtil 2030'erne, blev kaldt "LHC ved høj lysstyrke" (High Luminosity LHC, HL-LHC for kort).

Det er allerede klart, at mange elementer i acceleratorens magnetiske system simpelthen ikke vil blive tilpasset til en sådan høj lysstyrke. Den indre tomme del af magneten – et vakuumrør gennem hvilket protoner flyver – passerer gennem det – det bliver for smalt til en ny stråle. Dette betyder, at dette rum (blænde) skal udvides. Desuden vil de magneter, der vil være placeret i nærheden af ​​detektorerne (for eksempel,quadrupole fokuseringsmagneter) vil modtage en meget større dosis hård stråling end nu: øget lysstyrke betyder jo en øget frekvens af kollisioner, herunder parasitære. Det betyder, at nye magneter skal være mere strålingsbestandige og også holde superledningsevne i et større temperaturområde end det er nu. Dette betyder igen, at superlederen der ikke bør være niobium-titanium, som bruges nu, men noget andet materiale. Og endelig skal alt dette opnås ikke til skade for homogeniteten og størrelsen af ​​magnetfeltet i magneten; tværtimod er det ønskeligt at styrke magnetfeltet.

Allerede denne opsummering tillader os at forstå, hvordan teknisk udfordrende opgaven har været for eksperterne. Det er ikke overraskende, at de nærmede sig sin beslutning meget alvorligt. I 2004 blev et særligt projekt LARP (US LHC Accelerator Research Program) lanceret i USA, som omfattede medarbejdere fra fire store amerikanske forskningscentre inden for partikelfysik. En af de vigtigste opgaver i projektet var oprettelsen af ​​en quadrupole fokuseringsmagnet egnet til HL-LHC. Dette ambitiøse projekt blev designet i 10 år,indtil omkring 2014; på dette tidspunkt var det planlagt ikke kun at udvikle teknologier, men også at skabe den første arbejdsprototype, som opfylder alle de angivne mål.

Vi vil udelade alle mellemliggende faser og resultater, du kan lære om dem fra publikationerne fra LARP-samarbejdet. Vi nævner kun en detalje. Opgaveens kompleksitet fik ikke lov til straks at begynde at oprette den nødvendige prototype. I starten blev der opstillet en liste over enklere mål, og de blev opnået efter hinanden (se figur). Ved hvert trin blev nogle karakteristika for magneter forbedret, og kun i slutningen, efter at have erhvervet ny erfaring, begyndte fysikerne at skabe alvorlige prototyper.

Og lige for nylig, efter at have testet prototypen under nummer HQ02a, kunne samarbejdet på ansvarlig måde sige: de mål, der blev sat for et årti siden, blev opnået. Rapporterne herom vises på hjemmesiderne for de laboratorier, der deltager i projektet (se en notat i Symmetry-magasinet og en meddelelse på Berkeleys nationale laboratoriums hjemmeside).

HQ02a's blænde er 12 cm mod 7 cm for de nuværende quadrupoles ved LHC, det superledende kabel der er lavet af Nb3Sn (niobium-tin), som har et bredere temperaturområde for superledningsevne.Endelig tillader det magnetfeltet at skabe så mange som 12 Tesla versus 8 Tesla nu, hvilket automatisk betyder en stærkere feltgradient – denne mængde karakteriserer magnetfokuseringskraften. Evnen til at holde et stærkt felt er også nyttigt i en endnu mere fjern fremtid – for en hel række projekter af hadron colliders for endnu højere proton energier.

Således er teknologiens realisme blevet bevist, og vi kan nu fokusere på at tilpasse den til industriel produktion. Og som en konklusion kan vi sige, at vi har et typisk eksempel på, hvordan et årti koncentreret forskning på et sådan tilsyneladende rent teknisk område ville gøre HL-LHC – og med det fremtidige projekter af Hadron Colliders – et skridt tættere på virkeligheden. Gennemførelsen af ​​gennembrud videnskabelige installationer i moderne partikelfysik består af mange sådanne trin.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: