Large Hadron Collider (LHC) behöver specifika typer av magneter för att tätt kontrollera strålarna av partiklar vid dess kollisionspunkter. Kallas slutfokuserande kvadrupoler, dessa magneter är installerade i LHC:s interaktionsregioner runt experimenten. För uppgraderingen av LHC (HL-LHC) med hög ljusstyrka kommer de slutfokuserande magneterna på ATLAS och CMS att behöva bytas ut. Tester vid CERN har nu bekräftat att de fyrpoliga magneterna som nyligen designats för att ersätta dem kommer att fungera.
Till skillnad från LHC-magneterna, som är gjorda av niob–titan (Nb–Ti), är de nya magneterna gjorda av ett mer utmanande material:niob–tenn (Nb3Sn). "Med tanke på sprödheten hos Nb3Sn och det faktum att dess spolar är mycket styva, kräver montering av Nb3Sn-magneter noggrann uppmärksamhet", förklarar José Miguel Jiménez, chef för teknologiavdelningen. "Detta gör det till en mycket större utmaning än för Nb–Ti-magneter."
CERN Technology-avdelningen utvecklar en serie om tio magneter (åtta plus två extra), var och en 7,2 meter lång. Detta arbete bygger på HL-LHC Accelerator Upgrade Project (AUP), baserat i USA, som för närvarande tillverkar 20 (16 plus fyra reservdelar) fyrpoliga magneter, var och en 4,2 meter lång.
Nyligen genomförda tester hos Fermilab visade att dessa magneter arbetar med målström vid både 1,9 kelvin (-271,25°C) och 4,5 kelvin (-268,65°C), vilket uppfyller projektets krav. CERN-teamet förlitar sig på samma design och liknande tillverkningsprocedurer som AUP men skalar upp dem till 7,2 meter långa magneter.
"Bidraget från våra amerikanska kollegor har varit avgörande för att utveckla designen och procedurerna för dessa magneter, och de regelbundna korskontrollerna av tillverknings- och testdata har hjälpt teamen på båda sidor om Atlanten att övervinna många utmaningar", säger Ezio Todesco , som är ansvarig för HL-LHC-interaktionsregionens magneter.
Det framgångsrika testet vid CERN, som pågick från augusti till oktober, uppnådde målströmmen på 16,53 kA vid både 1,9 K och 4,5 K. Målströmmen motsvarar 7 TeV LHC-driften, plus en marginal på 300 A. Även om driften är planerad till 1,9 K, bekräftar förmågan att nå målström vid 4,5 K konstruktionens robusthet och en bekväm driftmarginal för HL-LHC och därefter.
Detta är den tredje fullängdsmagneten som testas som en del av en återhämtningsplan som beslutats efter att prestandabegränsningar observerats på de två första prototyperna. De andra magneterna visade inga tecken på nedbrytning när de testades, men var alltid begränsade till under målström när de kördes vid 4,5 K. Teamet på CERN pausade produktionen för att undersöka denna begränsning. Genom att förbättra utformningen av det yttre skalet, minska toppspänningen på magneten under spolmontering och ändra parametrarna för spoltillverkningsprocessen, eliminerade de begränsningarna och den tredje magneten har överglänt sina föregångare.
"Tack till alla bidragsgivare för de utmärkta resultaten och det effektiva teamarbetet och för att du har tagit fram praktiska och robusta tekniska lösningar för att föra niob-tennteknologi till den mognadsnivå som krävs för acceleratormagnettillämpningar", säger Arnaud Devred, TE-MSC-gruppledare.
"Detta är ett fantastiskt resultat för projektet", säger Oliver Brüning, HL-LHC projektledare. "Det betyder att niob-tenn är livskraftigt för 7 meter långa acceleratormagneter och är en möjliggörande teknologi för HL-LHC."
Tillhandahålls av CERN
