ЦЕРН модернизировал самый мощный в мире ускоритель частиц

В начале июля ЦЕРН модернизировал крупнейший в мире ускоритель частиц, запустив новое поколение сверхпроводящих магнитов на полную рабочую мощность.

В ЦЕРН отмечают, что это достижение является большим шагом вперёд для Большого адронного коллайдера высокой светимости (HiLumi LHC) — модернизированной версии Большого адронного коллайдера. Ожидается, что он начнёт полноценно работать с 2030 года.

Новый ускоритель будет вызывать большее количество столкновений частиц и позволит ученым собирать и обрабатывать большие массивы данных в поисках редких явлений, выходящих за пределы Стандартной модели физики элементарных частиц.

Прорыв произошёл на испытательном полигоне внутренней триплетной струны (IT-String). Новые квадрупольные магниты достигли проектного тока в 16 230 А. Они позволяют точнее фокусировать пучки протонов перед столкновением. Это увеличивает светимость коллайдера или, проще говоря, скорость столкновений.

Квадрупольные магниты представляют собой значительное усовершенствование по сравнению с внутренними триплетными магнитами из ниобия и титана, которые в настоящее время используются в ВАК. В них используются сверхпроводящие катушки из ниобия и олова, что позволяет работать с магнитными полями напряженностью 11,3 Тл. Это примерно на 35 % выше, чем у нынешних магнитов.

Квадрупольные магниты также имеют значительно большую апертуру, которая увеличилась с 70 мм до 150 мм. Более широкое отверстие позволяет этим магнитам точнее фокусировать пучки частиц и вызывать больше столкновений во время экспериментов.

Одним из наиболее значимых результатов недавних испытаний стало достижение магнитами полного рабочего тока без появления явления, называемого “квенчем”. Это переход из состояния сверхпроводимости в состояние нормальной электрической проводимости.

По данным ЦЕРН, сверхпроводящим магнитам обычно требуется несколько циклов питания, известных как “разгон”, прежде чем они смогут достичь расчетного тока. В результате этого процесса механические регулировки магнитов часто вызывают затухание при более низких токах. Со временем внутренняя структура стабилизируется, что позволяет постепенно увеличивать рабочие токи. Новые магниты сохранили свою форму и продемонстрировали превосходную память.

По результатам испытаний была подтверждена работоспособность всей испытательной установки IT-String. Удалось успешно обеспечить подачу тока на все 17 электрических цепей. Это включало и разделительный дипольный магнит, который будет направлять два пучка частиц в стороны друг от друга после столкновений во время будущих испытаний в ВАК.

Диполь достиг заданного значения тока буквально после нескольких тренировочных импульсов. Схемы корректирующих магнитов также достигли расчетных значений тока как при индивидуальной, так и при комбинированной работе.

Испытания также подтвердили работоспособность системы защиты магнита. Она безопасно высвобождала до 38 Мдж накопленной магнитной энергии в жидкий гелий, поддерживаемый при температуре -271,25 °C при необходимости.

Текущие испытания охватывают сверхпроводящие магниты, систему холодного питания, преобразователи мощности, обнаружение и защиту от гашения сверхпроводимости, криогенику, вакуум, системы управления и юстировки. Полученные результаты помогут оптимизировать ввод в эксплуатацию и управление дальнейшей работой HiLumi LHC.

Испытания должны возобновиться в сентябре этого года. Они будут в основном направлены на проверку процедур ввода в эксплуатацию и инструментов анализа, а также на демонстрацию воспроизводимости работы интегрированной системы.

Источник: Interesting Engineering