LHC Point 4 - RF - Echenevex

Wizyta w Punkcie 4 LHC

Miałem dziś okazję zajrzeć pod ziemię i zrobić w ramach dokumentacji parę zdjęć. Ponieważ mój poprzedni wpis o CERNie cieszył się dość dużym zainteresowaniem to może i ten znajdzie odbiorców :)

Miejsce: Echenevex https://goo.gl/maps/SdNMZXh71sx

Zdjęcia: http://imgur.com/a/86YEN

Wstęp

LHC (Large Hadron Collider) jest największym na świecie akceleratorem hadronów, jego obwód to 27 km, a kształtem zbliżony jest do okręgu. Tunel LHC znajduje się około 100 m pod ziemią, pod Genewą, między miejscowościami Cessy (Punkt 5, Eksperyment CMS) i Meyrin (Punkt 1, Eksperyment ATLAS). LHC jest zderzaczem, co oznacza, że dwie przeciwbieżne wiązki są ze sobą zderzane w punktach interakcji. Obecnie punktów interakcji jest 4 i znajdują się w punktach 1,2, 5 i 8 (eksperymenty ATLAS, ALICE, CMS i LHCb)

Żródłem wiązki dla LHC jest akcelerator SPS (Super Proton Synchrotron), który dostarcza protony o energii 450 GeV. Wiązka wstrzykiwana jest do LHC w dwóch przeciwnych kierunkach w okolicy Punktu 1.

Cząstki są zakrzywiane (inaczej latałyby prosto) przez olbrzymie nadprzewodzące dipole (dwa bieguny) zasilane prądem 11.5 kA. LHC ma 1232 dipole. Dokładniejsze sterowanie wiązką odbywa się za pomocą magnesów wyższych rzędów: kwadrupoli (cztery bieguny, jest ich trochę ponad 300), sekstupoli (6 biegunów) i innych.

Częstotliwość obrotowa w LHC wynosi 11245 Hz, co oznacza, że każda cząstka krążąca w akceleratorze mija ten sam punkt ponad 11 tysięcy razy w ciągu sekundy. Cząstki krążą w grupach zwanych "bunchami" - wiązka nie jest więc ciągła. Pełne wypełnienie LHC to 2808 bunchy, ich odległość czasowa to 25 ns.

Z każdym okrążeniem cząstki tracą trochę energii oraz "rozpełzają" się przestrzennie - przez co spada zdolność do zderzania cząstek ze sobą. By do tego nie dopuścić konieczny jest system przyspieszania...

System RF

System przyspieszania w LHC umieszczony jest w punkcie czwartym (w miejscowości Echenevex), w kawernie po detektorze ALEPH, który badał zderzenia w poprzedniku LHC - LEPie (Large Electron-Positon Collider).

System składa się z zasilaczy wysokiego napięcia, klistronów (wzmacniaczy RF), falowodów, rezonansowych wnęk nadprzewodzących i systemu sterowania. Prąd stały o napięciu 60 kV dostarczany jest z powierzchni do kawerny gdzie znajdują się obwody zabezpieczające (tyrystory, kondensatory). Następnie wysokie napięcie oraz słaby sygnał sterujący (kilka watów) dostarczany jest do klistronów. Klistrony zamieniają prąd stały na sygnał RF o mocy 300 kW i częstotliwości ~400 MHz. Sprawność klistronów jest rzędu 50%. Za klistronem zamontowany jest cyrkulator, który zabezpiecza klistron przed spaleniem falą odbitą od obciążenia. Dalej są falowody prowadzące sygnał RF do wnęk rezonansowych.

Wnęki rezonansowe są umieszczone w samym tunelu LHC. Stojąca fala elektromagnetyczna wzbudzona we wnęce o dużej dobroci przyspiesza przelatujące cząstki, jeden bunch przypada na dziesięć okresów sygnału RF. Każda wnęka rezonansowa jest indywidualnie strojona w ten sposób, by jej impedancja była rzeczywista - czyli prąd i napięcie były w fazie. Strojenie wnęki odbywa się w sposób mechaniczny - wnęka jest ściskana lub rozciągana za pomocą silników elektrycznych i dźwigni.

LHC posiada 16 klistronów i wnęk rezonansowych (po 8 na każdą wiązkę) co daje 4.8 MW mocy ciągłej. Do tego w kawernie zawsze gotowe są dodatkowe trzy zapasowe klistrony.

Dwa główne zadania systemu RF to przyspieszanie cząstek od 450 GeV do 7 TeV i utrzymywanie geometrii wiązki/bunchy.

Wysłany: 18 grudnia 2015, 22:34:28; 1 komentarz