stringtranslate.com

Адронные линейные ускорители ЦЕРН

Внутренний вид первого линейного ускорителя ЦЕРНа

Адронные линейные ускорители ЦЕРНа — это линейные ускорители , которые ускоряют пучки адронов из состояния покоя для использования в более крупных кольцевых ускорителях на объекте.

Линейный ускоритель

Linac [1] , иногда называемый PS Linac [2] и гораздо позже Linac 1 [ 3 ], был первым линейным ускорителем ЦЕРНа, построенным для инжекции протонов с энергией 50 МэВ в протонный синхротрон (PS). Задуманный в начале 1950-х годов, его принципиальная конструкция основывалась на аналогичном ускорителе в AERE в Англии. [4] Первые пучки были ускорены в 1958 году при токах 5 мА и длительности импульса 20 мкс, что было мировым рекордом на тот момент. [4] Ускоритель был полностью готов к работе к сентябрю 1959 года, когда впервые была достигнута проектная энергия 50 МэВ. [4] [5]

С тех пор Linac пережил фазу быстрого развития и постоянного улучшения выходных параметров. Это достигло кульминации в 1978 году, когда удалось достичь максимального тока протонов в 70 мА при длительности импульса 100 мкс. [4] С 1972 года Linac больше не доставлял протоны напрямую в PS, а в Proton Synchrotron Booster (PSB). PSB был построен для обеспечения более высоких энергий пучков протонов еще до их попадания в PS.

После того, как в 1978 году Linac 2 взял на себя задачу ускорения протонов, Linac продолжал использоваться в качестве надежного испытательного стенда для новых разработок. Это включало тестирование и внедрение радиочастотного квадруполя в качестве первоначального ускорителя, который заменил оригинальный генератор Кокрофта-Уолтона в 1984 году. Кроме того, были разработаны способы создания и ускорения дейтронов, α-частиц и атомов H − . Последние использовались в качестве испытательных пучков для LEAR . [4] С конца 1986 года Linac также использовался для ускорения ионов кислорода и серы . [6] [7]

Linac перестали использовать в экспериментах летом 1992 года. [8] Затем он был выведен из эксплуатации и вывезен из туннеля, чтобы освободить место для Linac 3; строительство которого началось в октябре 1992 года после того, как Linac был вывезен из туннеля. Части Linac остаются музейными экспонатами в экспозиции Microcosm . [9]

Линейный ускоритель 2

Linac 2 , в начале просто называемый новым Linac [10], был анонсирован в 1973 году. [11] Было решено построить новый линейный ускоритель, поскольку старый Linac не мог идти в ногу с техническим прогрессом других машин в ускорительном комплексе ЦЕРНа. Linac 2 заменил Linac в качестве основного источника протонных пучков ЦЕРНа в 1978 году. Он сохранил ту же энергию пучка 50 МэВ, но позволял получать более интенсивные пучки с током пучка до 150 мА и большей длительностью импульса 200 мкс. [12]

Первоначально обсуждалась возможность дальнейшей модернизации первого линейного ускорителя вместо строительства совершенно нового линейного ускорителя. Однако быстро стало ясно, что стоимость такого обновления будет почти такой же высокой, как и стоимость нового линейного ускорителя. Другим фактом в пользу этой новой конструкции была возможность обеспечить плавный переход от одного линейного ускорителя к другому без простоя между ними. Также этот подход с двумя линейными ускорителями означал, что старый линейный ускоритель мог стать резервным для нового линейного ускорителя в течение первых лет эксплуатации.

Строительство Linac 2 началось в декабре 1973 года с предполагаемым бюджетом в 21,3 млн швейцарских франков и было завершено в 1978 году. [13] Linac 2 был 36 метров в длину и располагался на уровне земли на главной площадке ЦЕРНа. Он был расположен в здании, параллельном старому туннелю Linac. [14]

На протяжении всего срока службы Linac 2 прошел через несколько обновлений, чтобы идти в ногу с достижениями ускорительной системы ЦЕРНа. Наиболее важным обновлением стала замена старого генератора Кокрофта-Уолтона на 750 кВ на радиочастотный квадруполь в 1993 году. Это увеличило выходной ток до 180 мА. [15]

В конце 2000-х годов рассматривался вопрос о модернизации Linac 2 или строительстве нового линейного ускорителя для инжекции частиц в HL-LHC. В конце концов было принято решение о строительстве нового ускорителя, Linac4, который заменит Linac 2 в 2020 году. Linac 2 был выключен 12 ноября 2018 года в 15:00 директором по ускорителям ЦЕРН и впоследствии выведен из эксплуатации в рамках проекта по модернизации инжектора LHC. В процессе вывода из эксплуатации Linac 2 был отключен от других ускорителей ЦЕРН, поэтому его больше нельзя использовать для инжекции частиц в ускорители ЦЕРН или эксперименты. Однако большая часть оборудования ускорителя Linac 2 осталась (по состоянию на октябрь 2023 года) на месте и теперь его можно посетить в рамках экскурсии.

Линейный ускоритель 3

Linac 3 , также называемый Lead Linac [16] , был построен внутри бывшего туннеля Linac 1 и был введен в эксплуатацию летом 1994 года (строительство началось в октябре 1992 года). Он был специально построен для ускорения тяжелых ионов, после испытаний Linac 1 и растущего спроса со стороны научного сообщества было предложено построить новый Linac, специально предназначенный для этой задачи. [6] Ускоряемые частицы в основном представляют собой ионы свинца , которые поставляются для LHC и экспериментов с фиксированными мишенями в SPS и LEIR . Для ввода в эксплуатацию LEIR также ускорялись ионы кислорода. [17]

После подготовки, начатой ​​в 2013 году, в 2015 году Linac 3 был адаптирован для ускорения ионов аргона . Они использовались в эксперименте NA61/SHINE . [18] [19]

Аналогичным образом, Linac 3 ускорил ионы ксенона в 2017 году для программы NA61 по физике с фиксированной мишенью. 12 октября 2017 года они были доставлены в Большой адронный коллайдер (БАК) для уникального цикла сбора данных: впервые ионы ксенона были ускорены и столкнулись в БАК. В течение шести часов четыре эксперимента БАК могли собирать данные о сталкивающихся ионах ксенона. [20]

Ожидается, что Linac 3 будет использоваться по крайней мере до 2022 года. [21]

Линейный ускоритель 4

Linac 4 — это текущий линейный ускоритель длиной 86 метров, который заменил снятый с эксплуатации Linac 2. В отличие от своих предшественников, Linac 4 ускоряет отрицательные ионы водорода , а не протоны, и имеет энергию ускорения 160 МэВ. [22] Затем ионы инжектируются в протонный синхротронный усилитель (PSB), где оба электрона затем отделяются от каждого из ионов водорода, и, таким образом, остается только ядро, содержащее один протон. Используя ионы водорода вместо протонов, потери пучка при инжекции уменьшаются и упрощаются, и это также позволяет большему количеству частиц накапливаться в синхротроне. [23] [24]

ЦЕРН одобрил строительство Linac 4 в июне 2007 года. Проект начался в 2008 году. [9]

Linac 4 был построен в собственном туннеле, параллельно Linac 2, на главной площадке ЦЕРНа. Причина строительства ускорителя в собственном новом туннеле заключается в том, что его строительство может происходить одновременно с работой Linac 2. [14]

Linac 4 увеличил энергию в три раза по сравнению со своим предшественником, Linac 2, и достиг энергии 160 МэВ. Это увеличение энергии, в сочетании с возросшим накоплением частиц, позволило увеличить интенсивность пучков для LHC почти вдвое. [25] Это часть запланированного будущего увеличения светимости LHC. [26]

Первая инжекция пучка частиц из Linac 4 в PSB произошла в декабре 2020 года. [27]

Ссылки

  1. ^ "1959 - 1969: Десять лет из жизни машины". CERN Courier . 9 (11): 337–346. Ноябрь 1969.
  2. ^ Тейлор, CS (1964). Высокоточные характеристики линейного ускорителя PS ЦЕРНа.
  3. ^ Хазерот, Х.; Хилл, К.; Тету, П.; Вайс, М.; Вольф, Б. Х.; Лейбл, К. Д.; Шпетке, П.; Клабунде, Й.; Лангенбек, Б. (1986). Ускорение ионов в линейном ускорителе CERN Linac 1.
  4. ^ abcde История, разработки и последние показатели работы линейного ускорителя CERN Linac 1 [Получено 18 июля 2018 г.]
  5. ^ Домашняя страница ЦЕРН: Линейный ускоритель 1 [Получено 2018-07-20]
  6. ^ ab DJ Warner: Новые и предлагаемые линейные ускорители в ЦЕРНе: инжектор LEP (e+/e-) и инжектор тяжелых ионов (Pb) SPS [Получено 24 июля 2018 г.]
  7. ^ Wolf, BH; Leible, K.; Spädtke, P.; Klabunde, J.; Langenbeck, B.; Angert, N.; Gough, RA; Staples, J.; Caylor, R.; Howard, D.; MacGill, R.; Tanabe, J.; Haseroth, H.; Hill, C.; Tetu, P.; Weiss, M.; Geller, R. (1987). "Инжектор тяжелых ионов для линейного ускорителя CERN 1". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях, раздел A. 258 ( 1): 1–8. Bibcode : 1987NIMPA.258....1W. doi : 10.1016/0168-9002(87)90074-X.
  8. ^ Сервер документов ЦЕРН: первый резервуар линейного ускорителя 1 [Получено 28.11.2011]
  9. ^ Аб Хюбнер, Курт; Карли, Кристиан; Стееренберг, Ренде; Бернет, Жан-Поль; Ломбарди, Алессандра; Хасерот, Гельмут; Вретенар, Маурицио; Кюхлер, Детлеф; Манглунки, Джанго; Зиклер, Томас; Мартини, Мишель; Мори, Стефан; Метраль, Элиас; Жилардони, Симона; Мёль, Дитер; Шанель, Мишель; Штайнбах, Чарльз; Скривенс, Ричард; Льюис, Джулиан; Ринольфи, Луи; Джованноцци, Массимо; Хэнкок, Стивен; Пласс, Гюнтер; Гароби, Роланд (2013). Пятьдесят лет протонному синхротрону ЦЕРН: Том 2. arXiv : 1309.6923 . doi : 10.5170/CERN-2013-005. ISBN 978-92-9083-391-8. S2CID  117747620.
  10. ^ «Новый линейный ускоритель + «старый» ускоритель = много протонов» [Nouveau Linac + «Booster» = multiplication des protons]. Бюллетень ЦЕРНа (45). Женева: ЦЕРН: 1–2. 6 ноября 1978 г.
  11. ^ "Un nouveau Linac" [Новый ускоритель]. Бюллетень ЦЕРН (46). Женева: ЦЕРН: 1. 12 ноября 1973 г.
  12. ^ E. Boltezer et al.: Новый 50-МэВ LINAC ЦЕРНа (1979) Архивировано 24 ноября 2017 г. на Wayback Machine [Извлечено 10 июля 2018 г.]
  13. ^ Проектное исследование нового линейного ускорителя на 50 МэВ для CP S (1973) [Получено 2018-07-18]
  14. ^ ab "Сказка о миллиарде триллионе протонов". 30 ноября 2018 г.
  15. ^ Технический отчет по проектированию Linac4 [Получено 18 июля 2018 г.]
  16. ^ «Введение ионов свинца в физику, первое полное ускорение ионов в свинцовом ускорителе» [Vers l'expérimentation, première pleine Accelération des ions dans le linac à ions plomb]. Бюллетень ЦЕРН (24). Женева: ЦЕРН: 1–3. 13 июня 1994 года.
  17. ^ Дюма, Л. «Эксплуатация источника GTS-LHC для инжектора адронов в ЦЕРНе». Физика высоких энергий и ядерная физика . 31 (Приложение 1): 51–54. S2CID  107927154.
  18. ^ D Küchler et al.: Никогда не запускайте свой источник ионов ECR с аргоном в режиме послесвечения в течение 6 месяцев! [Получено 20 июля 2018 г.]
  19. ^ Домашняя страница SHINE: NA61/SHINE проливает свет на сильные взаимодействия Архивировано 20 июля 2018 г. на Wayback Machine [Извлечено 20 июля 2018 г.]
  20. ^ Домашняя страница ЦЕРН: Отчет LHC: ксенон в действии [Получено 20 июля 2018 г.]
  21. ^ Домашняя страница ЦЕРН: Линейный ускоритель 3 [Получено 2018-07-20]
  22. ^ CERN Yellow Reports: Monographs (2020-09-18). "CERN Yellow Reports: Monographs, Vol. 6 (2020): Linac 4 design report": 14MB. doi :10.23731/CYRM-2020-006. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  23. ^ Домашняя страница ЦЕРНа: Линейный ускоритель 4 [Получено 2018-07-20]
  24. ^ "LHC Run 3: Последний отсчет". 18 февраля 2022 г.
  25. ^ M. Meddahi и G. Rumolo, Proc. IPAC'23, Венеция, Италия, май 2023 г. (2023-05-01). «Производительность с модернизированными инжекторами LHC» (PDF) . doi :10.18429/JACoW-IPAC2023-MOXD1. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  26. ^ "CERN представляет новый линейный ускоритель". Symmetry magazine . Получено 2017-09-05 .
  27. ^ "Отчет LS2: Лучи циркулируют в ускорителе PS". cern . Получено 29.10.2021 .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Адронные линейные ускорители ЦЕРНа .