Bellissimi kicker per l'HL

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Il primo "MKI-Cool" è stato installato all'inizio di gennaio: cilindri di ferrite raffreddati ad acqua proteggeranno i magneti di avviamento dell'LHC dall'aumento del carico termico nell'era dell'alta luminosità

25 gennaio 2023

Gran parte del lavoro di ricerca e sviluppo per l'LHC ad alta luminosità (HL-LHC) mira a proteggere i fragili componenti dell'acceleratore dagli effetti dannosi dell'elevata luminosità, come radiazioni e aumento del calore. L'installazione del magnete kicker (MKI) "MKI-Cool" dell'LHC, il primo di una serie di otto, durante questa sosta tecnica di fine anno segna un'altra pietra miliare di successo in questo sforzo: un cilindro toroidale in ferrite raffreddato ad acqua abbasserà la proiezione carico termico depositato sui gioghi del magnete kicker per consentire all'HL-LHC di funzionare bene.

I due sistemi kicker dell'LHC, ciascuno composto da quattro magneti e generatori di impulsi, si trovano all'intersezione dell'anello dell'LHC e delle sue due linee di trasferimento che incanalano le particelle dall'SPS. Come suggerisce il nome, i magneti kicker danno un calcio a ciascun mazzo iniettato per metterlo nell'orbita dell'LHC. Poiché il calcio deve lasciare intatto il raggio circolante dell'LHC, ogni impulso del campo magnetico dura solo 8 microsecondi: i magneti del kicker devono essere rapidi e sincronizzati con precisione.

Queste specifiche rendono i magneti kicker particolarmente vulnerabili al loro ambiente ostile: mentre il raggio altamente energetico dell'LHC sfreccia attraverso l'apertura del magnete, l'MKI non può essere completamente schermato dal riscaldamento indotto dal raggio, poiché una schermatura interferirebbe con il suo impulso del campo magnetico ad alta frequenza . Inoltre, l'impulso ad alta tensione richiesto impedisce qualsiasi raffreddamento ad acqua del giogo MKI, il che costituisce un serio ostacolo poiché il giogo perde le sue proprietà magnetiche al di sopra della temperatura critica di 125 °C. In queste condizioni, con kicker disfunzionali, le particelle calciate erroneamente causerebbero l’estinzione dei magneti superconduttori dell’LHC. Nell'attuale acceleratore sono già state adottate misure per scongiurare questo rischio, ma queste non sarebbero sufficienti a proteggere i magneti dal previsto aumento di quattro volte del carico termico in un contesto di maggiore luminosità.

Il sistema MKI-Cool è una soluzione ingegnosa ideata dal gruppo Accelerator Beam Transfer (SY-ABT) per proteggere in modo sostenibile i magneti del kicker. Un cilindro toroidale in ferrite è montato a monte dell'apertura MKI-Cool per assorbire una parte significativa del riscaldamento indotto dal raggio, riducendo così il riscaldamento del giogo del magnete. Inoltre, il cilindro di ferrite viene raffreddato utilizzando acqua (da cui il nome MKI-Cool). Si prevede che il giogo in ferrite MKI-Cool rimanga al di sotto di una temperatura di 100 °C, anche con fasci ad alta luminosità.

Il primo MKI-Cool è stato installato presso LHC Point 8 l'11 gennaio, in sostituzione di un MKI standard. Una volta riavviato l'LHC, l'interazione del fascio di particelle con l'MKI-Cool metterà alla prova le prestazioni della tecnologia. A condizione che questo test dia risultati positivi, i sette MKI-Cool rimanenti verranno installati prima dell'inizio delle operazioni HL-LHC.