Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ускорительный комплекс ЦЕРН
Cern-accelerator-complex.svg
Список текущих ускорителей частиц в ЦЕРНе
Linac 3Ускоряет ионы
ОБЪЯВЛЕНИЕЗамедляет антипротоны
LHCСталкивается протоны или тяжелые ионы
LEIRУскоряет ионы
PSBУскоряет протоны или ионы
PSУскоряет протоны или ионы
СПСУскоряет протоны или ионы
Линии инжекции и передачи протонного синхротронного ускорителя
Поверхность над ускорителем PS в ЦЕРНе. Кольцевой ускоритель выглядит как круглое здание, возвышающееся над землей.
Бустер протонного синхротрона в своем туннеле
Впечатление художника о протонном синхротронном ускорителе

Протонный синхротрон Ракета - носитель ( ПСБ ) является первым и наименьшим круговую протонного ускорителя (а синхротронное ) в цепи ускорителя в ЦЕРН инжекционного комплекса, который также обеспечивает балки на Большом адронном коллайдере . [1] Он содержит четыре наложенных друг на друга кольца радиусом 25 метров, которые принимают протоны с энергией50  МэВ от линейного ускорителя Linac 2 и разогнать их до1,4  ГэВ , готов к инжекции в протонный синхротрон (PS). До того, как PSB был построен в 1972 году, Linac 1 вводился непосредственно в протонный синхротрон, но увеличенная энергия инжекции, обеспечиваемая ускорителем, позволяла вводить больше протонов в PS и повышать яркость в конце цепи ускорителя.

Историческая справка [ править ]

1964 - 1968: Планирование и начало строительства [ править ]

До того, как PSB начал работать в 1972 году, протоны напрямую доставлялись в протонный синхротрон (PS) линейным ускорителем Linac 1 , обеспечивая PS протонами с энергией 50 МэВ, которые затем ускорялись PS до 25 ГэВ при интенсивности пучка ок. 10 12 протонов в импульсе. [2] Однако, с развитием новых экспериментов (в основном на ISR с пересекающимися накопительными кольцами ), требуемые интенсивности пучка порядка 10 13 протонов на импульс превзошли возможности этой установки. Поэтому обсуждались различные подходы к увеличению энергии пучка еще до попадания протонов в ПС.

Были сделаны разные предложения для этого нового инжектора PS, например, другой линейный ускоритель или пять пересекающихся колец синхротрона, вдохновленные формой олимпийских колец . [3] В конце концов, было решено использовать установку из четырех вертикально установленных колец синхротрона с радиусом 25 метров, которая была предложена в 1964 году. [4] Благодаря этой специальной конструкции стало возможным достичь желаемой интенсивности более 10 13 протонов в импульсе.

В 1967 году бюджет общей программы обновления оценивался в 69,5 миллионов швейцарских франков (в ценах 1968 года). Более половины этой суммы было потрачено на строительство общественного транспорта, которое началось годом позже, в 1968 году [4].

1972 - 1974: Первая балка и пуск [ править ]

Первые пучки протонов в PSB были ускорены 1 мая 1972 года, а номинальная энергия 800 МэВ была достигнута 26 мая. В октябре 1973 года была достигнута промежуточная цель по интенсивности 5,2 10 12 протонов на импульс, доставленный в PS. Всего потребовалось около двух лет, чтобы достичь проектной интенсивности 10 13 протонов в импульсе.

1973 - 1978: Обновление Linac 2 [ править ]

В течение первых лет эксплуатации стало ясно, что линейный ускоритель Linac 1 , основной источник протонов в ЦЕРНе в то время, не мог идти в ногу с техническими достижениями других машин в составе ускорительного комплекса. Поэтому в 1963 году было решено построить новый линейный ускоритель, который позже получил название Linac 2 . Эта новая машина будет обеспечивать протоны той же энергии, что и раньше (50 МэВ), но с более высокими токами пучка до 150 мА и большей длительностью импульса 200 мкс. [5] Строительство Linac 2 началось в декабре 1973 года и было завершено в 1978 году.

Линак-1 продолжал работать как источник легких ионов до 1992 года.

1988: Обновление до 1 ГэВ [ править ]

После более чем десяти лет эксплуатации постоянное увеличение интенсивности пучка также потребовало увеличения выходной энергии PSB. Таким образом, с незначительными настройками оборудования, PSB был повышен до 1 ГэВ в 1988 году [6].

1980-е - 2003: ускоряющиеся ионы [ править ]

С начала 1980-х до 2003 года PSB также использовался для ускорения легких ионов, таких как кислород или альфа-частицы , которые доставлялись с помощью Linac 1 . После того, как Linac 3 стал работать в качестве специального линейного ускорителя ионов, PSB также ускорил тяжелые ионы, такие как свинец и индий .

С 2006 года ионное кольцо низкой энергии (LEIR) взяло на себя прежнюю задачу PSB по ускорению ионов. [7]

1992: Подключение к эксперименту ISOLDE [ править ]

До 1992 года единственной машиной, которая использовала выходные протоны от PSB, была PS. Ситуация изменилась в 1992 году, когда он -лайн изотопный масс-сепаратор (ISOLDE) стал вторым реципиентом протонов PSB. [8] Перед тем , ISOLDE были получены протоны из Synchro-циклотрона , но эта машина достигла конца своего срока службы до конца 1980 - х годов. Таким образом, в 1989 году было решено подключить ISOLDE к PSB.

1999: Подготовка к LHC и модернизация до 1,4 ГэВ [ править ]

В связи с появлением на горизонте Большого адронного коллайдера (LHC) потребовалось еще одно обновление PSB до 1,4 ГэВ. Это обновление предполагало более серьезные настройки оборудования, чем предыдущее обновление до 1 ГэВ, поскольку были достигнуты пределы проектных параметров PSB. В 2000 году модернизация была завершена.

2010–2026: Будущие обновления Большого адронного коллайдера высокой светимости [ править ]

В 2010 году был заложен краеугольный камень еще одной модернизации LHC - Большого адронного коллайдера высокой светимости . [9]

Намного более высокая требуемая интенсивность пучка требует увеличения выходной энергии PSB до 2,0 ГэВ. Это будет реализовано в течение следующих лет путем замены и обновления различного ключевого оборудования PSB, например, основного источника питания, радиочастотной системы, линии передачи к PS и системы охлаждения.

Кроме того, будет увеличена входная энергия PSB: Linac 4 , который в настоящее время вводится в эксплуатацию, будет обеспечивать энергию выходного луча 160 МэВ и заменит Linac 2 к 2020 году. Linac 4 позволит PSB обеспечить луч более высокого качества для LHC с использованием анионов водорода ( ионы H - ), а не голых протонов ( ионы H + ). Снятие фольги в точке инжекции PSB оторвет электроны от анионов водорода, создавая протоны, которые накапливаются в виде пучков пучков в четырех кольцах PSB. Эти протонные сгустки затем рекомбинируются на выходе из PSB и далее передаются по цепи инжектора CERN.

Настройка и работа [ править ]

PSB является частью ускорительного комплекса CERN. К тому времени, когда он был построен, университетский городок Мейрин был только что расширен, теперь он охватывает и французскую территорию. Центр колец PSB находится прямо на границе между Францией и Швейцарией. Из-за различных нормативных требований стран относительно зданий на границе было решено построить основную постройку общественного транспорта под землей. Единственная видимая инфраструктура PSB находится на швейцарской стороне. PSB состоит из четырех вертикально уложенных колец радиусом 25 метров. Каждое кольцо разделено на 16 периодов с двумя дипольными магнитами на период и триплетной фокусирующей структурой, состоящей из трех квадрупольных магнитов (фокусировка, дефокусировка, фокусировка). [10] Каждый магнит Конструкция состоит из четырех одиночных магнитов для четырех колец, уложенных друг на друга и имеющих одно ярмо.

Поскольку PSB состоит из четырех колец, в отличие от только одного канала в Linac 2 и одного кольца в PS, необходима специальная конструкция для ввода и вывода протонных пучков. Протонный луч, поступающий из Linac 2, разделяется по вертикали на четыре разных луча с помощью так называемого протонного распределителя: луч проходит через серию импульсных магнитов, которые последовательно отклоняют части входящего луча на разные углы. В результате четыре бимлета заполняют четыре кольца, а также нарастающий и спадающий фронт протонного импульса, который сбрасывается после протонного распределителя. [2]

Точно так же четыре бимлета снова объединяются после того, как они были ускорены PSB. С помощью ряда различных магнитных структур лучи от четырех колец доводятся до одного вертикального уровня и затем направляются в сторону PS.

В 2017 году ОВО ускорило 1,51 10 20 протонов. 61,45% из них были доставлены в ISOLDE, и только небольшая часть 0,084% была использована LHC. [11]

Результаты и открытия [ править ]

Единственный прямой эксперимент, который поддерживается протонами PSB, - это он -лайн изотопный масс-сепаратор (ISOLDE). Там протоны используются для создания различных типов низкоэнергетических радиоактивных ядер. [12] С их помощью проводится широкий спектр экспериментов, от ядерной и атомной физики до физики твердого тела и наук о жизни.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "CERN - Division PS - LHC-PS project" Проверено 9 июля 2018 г.
  2. ^ a b «Клаус Ханке: Прошлое и настоящее CERN PS Booster (2013)» Проверено 10 июля 2018 г.
  3. ^ "S Gilardoni, D. Mangluki: Пятьдесят лет CERN Proton Synchrotron Vol. II (2013)" Проверено 10 июля 2018 г.
  4. ^ a b « Исследование улучшения второй ступени CMS: бустерный синхротрон на 800 МэВ (1967)» Проверено 10 июля 2018 г.
  5. ^ "E. Boltezer et al: The New CERN 50-MeV LINAC (1979)" Проверено 10 июля 2018 г.
  6. ^ "Годовой отчет ЦЕРН 1988 Том II (на французском языке), страница 104" Проверено 11 июля 2018 г.
  7. ^ "Belochitskii и др .: Leir Ввод в эксплуатацию (2006) " Проверено 11 июля 2018
  8. ^ "CERN ISOLDE Website: History" Проверено 10 июля 2018 г.
  9. ^ "C. Carli: Proceedings of the Chamonix 2010 Workshop on LHC Performance " Проверено 10 июля 2018 г.
  10. ^ "Обзор машины PBS: набросок периода 1" Проверено 10 июля 2018 г.
  11. ^ «Годовой отчет ЦЕРН за 2017 г., стр. 23» Проверено 11 июля 2018 г.
  12. ^ "CERN Website: ISOLDE Facility" Проверено 10 июля 2018 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • PS Booster Machine: макет и фотографии
  • PS Booster на сервере документов ЦЕРН
  • PS Booster на INSPIRE HEP
  • Официальное мероприятие ЦЕРН по случаю 40-летия общественного вещания