Medan LHC är i början av en ny säsong med datatagning, forskare och ingenjörer runt om i världen arbetar hårt för att utveckla helt nya magneter för LHC -uppgraderingen, High Luminosity LHC (HL-LHC).

Verkligen, för denna uppgradering, mer än en kilometer av LHC -maskinen behöver bytas ut. Installationen startar 2024, och det kommer att finnas cirka 100 magneter av 11 nya typer:fyra typer av huvudmagneter (dipol- och quadrupolmagneter som böjer och fokuserar strålarna), och sju olika typer av korrigerande magneter.

Särskilt, de nya fyrkantiga magneterna, som kommer att sitta i insättningsregionerna på vardera sidan av ATLAS- och CMS -detektorerna, utnyttja en nyckel innovativ teknik som tillhandahåller fält utöver 10 Tesla. De är byggda av niob-tenn (Nb3Sn), med en unik design som gör att toppmagnetfältstyrkan kan ökas med cirka 50% jämfört med nuvarande LHC -dipoler, vilket ger den från cirka åtta till cirka 12 tesla (T). De kommer att klämma strålarna före kollisioner, ersätta fyrbandsstolarna i LHC:s trillingar. Dessa magneter kommer att bidra till att öka den integrerade HL-LHC-ljusstyrkan-det totala antalet kollisioner-upp till en faktor 10 bortom LHC:s designvärde.

De nya fyrpoliga magneterna utvecklas inom ramen för ett samarbete mellan CERN och LHC-AUP (LHC Accelerator Upgrade Project) -konsortiet, som involverar tre amerikanska laboratorier. Två typer av dessa nya fyrbandsmagneter med två olika längder (4,5 meter i USA och 7,5 meter vid CERN) utvecklas.

Nu är designfasen klar, huvudmagneterna är i prototypfasen. Med tanke på den höga kostnaden för magneternas material, tester görs på kortare modeller (1,5 meter) för att bedöma konstruktionens stabilitet och den mekaniska strukturen. En av huvudfrågorna för Nb3Sn -magneterna är hanteringen av de termiska sammandragningarna, eftersom materialen som utgör magneten måste genomgå hårda förändringar, från att värmas upp till 650 ° C för att göra superledaren, och kyls sedan ner till kryogena temperaturer-som behövs av magneterna för att fungera i ett supraledande tillstånd.

Förra året, en 1,5 meter lång modell quadrupole, gjord av två spolar från LARP (LHC Accelerator Research Program) -konsortiet och två från CERN, testades i USA, uppnår ett toppmagnetfält på 13 T. En annan kort modell, med tre spolar gjorda på CERN och en i USA, testades också på CERN senare under året, för att verifiera prestanda reproducerbarhet. Det nådde ett toppfält på 12,2 T, ovanför det nominella magnetfältet, men några tiondelar av en tesla under målet för slutlig prestanda. Ytterligare en iteration av församlingen kommer att göras under andra delen av året. En tredje kort modell av trillingarna på vardera sidan av ATLAS och CMS, och den första med en homogen uppsättning spolar, kommer snart att testas på CERN. Det kommer att vara ett viktigt test för att validera många funktioner i quadrupole -designen.

I januari 2017, en 4,5 meter lång spole i full längd-en världsrekordlängd, för en Nb3Sn -magnet i en accelerator - har testats vid US Brookhaven National Laboratory och nått det nominella fältvärdet 13,4 T.

Under tiden på CERN, lindningen av 7,15 meter långa spolar startade redan i byggnaden Large Magnet Facility. "Skalning från en till sju meter är absolut ingen trivial uppgift, och det är en av de viktigaste tekniska utmaningarna för detta projekt, "säger Ezio Todesco, en fysiker i SC Magnet Design and Technology -sektionen, i magneterna, Superledare och Cryostats -gruppen på teknikavdelningen, som leder arbetet för HL-LHC-projektet som handlar om magneter för införingsregionerna. "Mellan slutet av detta år och slutet av nästa år, vi kommer att testa de första prototyperna i full längd. Vi får då bekräftelsen på att de fungerar som förväntat, och se om det behövs någon design iteration, " han lägger till.