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欧洲核子研究中心的加速器综合体即将重新开机 为2023年突破性发展提供动力
发布日期:2023-04-04 20:42:54  稿源:cnBeta.COM

在冬季关闭之后,喷射器和加速器正在为2023年的数据采集季节做准备。在为期17周的年终技术停机(YETS)进行维护和小规模升级后,欧洲核子研究中心的加速器综合体正在为2023年的数据采集季节重新启动。重启过程涉及到链条上的每个加速器,最终形成人们熟知的大型强子对撞机(LHC)。

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在YETS期间进行的升级将加强LHC Run 3阶段的第二年的物理数据采集。线性加速器Linac4现在可以使光束的峰值电流增加30%。其他改进包括防止转移过程中光束损失的隔离桶,升级的踢脚器系统,以及为大型强子对撞机配备的新的注射踢脚器磁铁。大型强子对撞机的重新启动是复杂的,涉及多个小组和持续的机器升级。大型强子对撞机中的碰撞预计将于4月22日开始,为实验提供更高的效率和更高的光束强度。

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LHC隧道内部。资料来源:欧洲核子研究中心

白天越来越长,树木越来越绿,现在也是欧洲核子研究中心加速器综合体苏醒的时候了。在年终技术停机(YETS)之后--在17周的时间里,加速器进行维护和小规模升级--链条上的每个加速器都依次为2023年的数据采集季节重新启动。每次重启都是将质子从源头输送到大型强子对撞机(LHC)最终目的地过程中的一个重要步骤。虽然机器的大多数主要升级是在大型强子对撞机第3次运行开始前的长期关闭期间进行的,但YETS期间进行的加速器升级将改善运行第二年的物理数据采集。

这一切都始于2023年2月13日,当时Linac4开始进行光束调试:在2月17日开始运行之前,对机器进行了短暂的调整。这个直线加速器负责为整个加速器链提供质子。它由一个氢离子源和几个加速结构(称为射频腔)组成,将离子转发到PSB(质子同步加速器)。在YETS期间,Linac4源进行了升级,新颖之处在于提取。虽然新源与之前的源相似,但它允许光束的峰值电流增加30%"。峰值电流的增加意味着贯穿加速器的光束有可能获得更高的强度。

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欧洲核子研究中心的加速器综合体布局。资料来源:欧洲核子研究中心

3月3日,PSB开始进行光束调试。在这里,由Linac4加速的氢离子被剥去电子,只留下质子。这些质子束在四个同步辐射环中被进一步加速,为少数实验和链条中的下一个加速器:质子同步辐射(PS)提供能量。

PS于3月10日开始其2023年的运行,负责为各种实验提供质子束,包括n_TOF、反质子减速器和东区的实验,以及超级质子同步加速器(SPS),即链条中的下一个加速器。在YETS期间,PS和SPS之间的光束线进行了升级,以使光束传输更加有效。直到2016年,当一个被称为"多圈提取"的过程被引入时,将光束从PS转移到SPS的过程会导致光束损失。因为SPS的圆周是PS的11倍,转移涉及到光束在PS上循环五次,填充SPS的11个部分中的10个。这给机器留下了一些空间来引导光束。在2023年,这种方法得到了进一步的改进,引入了隔离桶。这些有助于使光束注入下一个加速器的间隙同步,防止进一步的光束损失,并提高整个综合体的效率。

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质子同步加速器(PSB)。资料来源:欧洲核子研究中心

3月17日,SPS开始进行光束调试。为物理学调整和准备这个加速器是质子束再次在LHC中循环之前的最后一步。SPS也为2023年进行了升级。CERN的高级工程师之一Mike Barnes解释说:"我们在所有的加速器中都有踢脚器系统,其中许多已经进行了工作。所有这些系统在交还给CERN控制中心运行之前,必须重新调试和测试。踢脚器系统的作用就像火车轨道上的开关:它们改变光束的方向,将其转移到下一个加速器。在SPS踢脚器系统中,四个模块被升级,以减少光束在其中沉积的热量。这四个模块以前限制了SPS中的高强度光束操作。"

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安装SPS的新喷射踢脚器磁铁。资料来源:欧洲核子研究中心

此外,在大型强子对撞机中,在YETS期间,其中一个喷射踢脚器磁铁被替换为新的设计。这和安装在LHC隧道中的许多设备一样,将作为LHC下一次运行准备工作的一部分进行测试。

重启机器的整个过程非常复杂,涉及欧洲核子研究中心多个小组的许多人。由于机器的不断升级,LHC的重启每年都不同,在重启的每个阶段,每台机器都需要调整,以使物理学尽可能高效和富有成效地运行。在3月28日的调试期之后,大型强子对撞机预计将于4月22日开始运行,为其实验提供比以往更高的效率和光束强度。

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