Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) успешно завершила важный этап модернизации крупнейшего в мире ускорителя частиц, впервые выведя новое поколение сверхпроводящих магнитов на полный рабочий ток.
Это достижение стало важной вехой в реализации проекта High-Luminosity Large Hadron Collider (HiLumi LHC) — модернизированной версии Большого адронного коллайдера (БАК).
Обновленный коллайдер должен начать работу в 2030 году. Благодаря существенно возросшей светимости установки количество столкновений элементарных частиц значительно увеличится. Это позволит ученым собрать гораздо более обширные массивы экспериментальных данных и повысит шансы обнаружить редкие физические явления, выходящие за рамки современной Стандартной модели.
Ключевой этап испытаний прошел на стенде Inner Triplet (IT) String, где новые квадрупольные магниты впервые достигли расчетного рабочего тока 16 230 ампер. Их задача — максимально точно сфокусировать встречные пучки протонов непосредственно перед столкновением, увеличивая тем самым светимость коллайдера, то есть частоту столкновений частиц.
Новые квадрупольные магниты представляют собой серьезный шаг вперед по сравнению с установленными сегодня в БАК магнитами внутреннего триплета на основе сплава ниобия и титана. В новой конструкции используются сверхпроводящие катушки из ниобий-олова (Nb₃Sn), что позволяет создавать магнитное поле напряженностью 11,3 тесла — примерно на 35% выше, чем у нынешнего поколения магнитов.
Еще одним важным преимуществом стала значительно увеличенная апертура — ее диаметр вырос с 70 до 150 миллиметров. Более широкое рабочее отверстие позволяет значительно точнее фокусировать пучки частиц, что непосредственно увеличивает число столкновений во время экспериментов.
Особенно примечательно, что в ходе испытаний магниты впервые достигли полного рабочего тока без возникновения квенча — явления, при котором сверхпроводник внезапно теряет свои сверхпроводящие свойства и переходит в обычное проводящее состояние.
Как отметили специалисты ЦЕРНа, сверхпроводящие магниты обычно требуют серии так называемых тренировочных циклов. Во время них конструкция постепенно адаптируется к возникающим механическим нагрузкам, из-за которых на ранних этапах нередко происходят квенчи при токах ниже расчетных. По мере стабилизации внутренней структуры магниты способны выдерживать все более высокие рабочие токи. Новая система успешно сохранила результаты предыдущих тренировок и продемонстрировала отличную «память».
Испытания также подтвердили работоспособность всего комплекса IT String. Инженеры ЦЕРНа успешно вывели на рабочие режимы все 17 электрических контуров, включая разделительный дипольный магнит, который после столкновения будет разводить два пучка частиц в противоположные стороны внутри будущего комплекса HiLumi БАК.
Сам дипольный магнит достиг требуемого рабочего тока всего после нескольких тренировочных квенчей. Все корректирующие магниты также успешно вышли на проектные параметры как при индивидуальной, так и при совместной работе.
Кроме того, специалисты проверили систему защиты магнитов. При необходимости она безопасно отводит до 38 мегаджоулей накопленной магнитной энергии в жидкий гелий, охлажденный до температуры около −271,3°C.
Исследователи изучают работу сверхпроводящих магнитов, системы холодного питания, силовых преобразователей, средств обнаружения и защиты от квенча, криогенной установки, вакуумной системы, систем управления и юстировки оборудования. Полученные результаты помогут оптимизировать процедуры запуска и дальнейшую эксплуатацию модернизированного коллайдера.
По информации https://naked-science.ru/community/1205011
Обозрение Николая Никитина "Неизбежность странного микромира"
