Entro la fine del secondo lungo arresto (LS2) del complesso di acceleratori del CERN, un oggetto lungo nove metri con diverse centinaia di tonnellate di schermatura sarà installato attorno alla linea del raggio del Super Proton Synchrotron (SPS). Ma questo oggetto, il singolo componente più lungo dell'SPS, non è uno ordinario. Contiene il nuovo dump del fascio dell'SPS, progettato per assorbire fasci di particelle il cui volo attraverso l'SPS deve essere terminato. Nel profondo del dispositivo complesso si troveranno gli elementi assorbenti effettivi della discarica, contenente grafite, molibdeno e tungsteno. Questo nucleo sarà rivestito con strati di cemento, schermatura in ghisa (verniciata di verde secondo le combinazioni di colori del CERN) e marmo. Il nuovo beam dump aiuterà ad assorbire fasci di particelle con un'ampia gamma di energie, da 14 a 450 GeV, ed è in costruzione come parte del progetto LHC Injectors Upgrade (LIU).

Come discusso in un precedente rapporto LS2, il vecchio dump del fascio dell'SPS, situato al punto 1 dell'anello dell'acceleratore, viene sostituito da uno nuovo al punto 5, in preparazione per l'LHC ad alta luminosità (HL-LHC). Poiché l'oggetto più vecchio non sarebbe in grado di far fronte alle intensità di raggio più elevate necessarie per l'HL-LHC, che sarà online nel 2026, il team SPS ha deciso cinque anni fa di costruire una nuova discarica con le proprietà richieste. La riprogettazione era necessaria perché le intensità più elevate faranno sì che la discarica sia sottoposta a forze meccaniche molto maggiori nel corso della sua vita, necessitano di un dispositivo più robusto di prima.

"Abbiamo pensato di costruire una discarica esterna al di fuori del tunnel SPS, simile a quello che ha LHC, " spiega Etienne Carlier, dal dipartimento di tecnologia del CERN. "Ma l'ampia gamma dinamica dei fasci SPS rende impossibile estrarre i diversi fasci con un unico sistema. Quindi abbiamo deciso di utilizzare un dump interno, che fa parte dell'SPS stesso." La costruzione di questo deposito di travi è uno dei compiti più importanti nell'ambito del progetto LIU e circa 125 metri del tunnel SPS saranno modificati per accoglierlo. Ci sono diverse sfide lungo il percorso, coinvolgendo l'infrastruttura dedicata necessaria, che include nuovi magneti kicker, un sistema ottico per monitorare la posizione del fascio e sistemi di raffreddamento e ventilazione.

I kicker situati prima del dump del raggio di un acceleratore sono responsabili della deviazione del raggio dal suo percorso abituale e dello spazzamento nel blocco di scarico. In un preciso istante, per farlo hanno bisogno di generare impulsi elettromagnetici adeguati nei piani verticale e orizzontale. Il sistema di kicker verticale genera un impulso fino a 650 MW durante una rivoluzione SPS con l'aiuto della più potente rete di formazione di impulsi costruita al CERN. Utilizza due switch a stato solido ridondanti da 36 kV di nuova concezione, che opererà in parallelo per la protezione della macchina, trasferire l'energia immagazzinata al magnete. "Il kicker devia e diluisce il raggio in modo tale che possa essere assorbito lungo la lunghezza del nucleo di scarico, " nota Carlier. "E poiché deve sempre deviare il raggio con lo stesso angolo indipendentemente dall'energia del raggio, l'accumulo di carica nel banco di condensatori è proporzionale all'energia dei fasci circolanti."

Gli operatori SPS devono sapere se le travi vengono scaricate correttamente o meno, osservando la loro forma e distribuzione mentre entrano nel volume di scarico. "Dobbiamo avere queste informazioni in modo da sapere che la discarica ha un profilo termico uniforme quando i raggi vi entrano, " dice Carlier. Il profilo della trave verrà registrato per mezzo di uno schermo che verrà installato nel percorso delle travi in ​​fase di scarico, come parte del sistema "Beam Instrumentation TV". Questo intricato sistema è costituito da una linea ottica lunga 17 m con cinque specchi di alta qualità che trasferiscono l'immagine del raggio dallo schermo a una telecamera ben schermata situata all'esterno del dump del raggio, che gli operatori possono monitorare da remoto in tempo reale.

Il deposito di travi avrà un settore vuoto dedicato che circonda l'intera struttura. Il nucleo stesso è circondato da schermatura in rame e sarà raffreddato ad acqua, mentre la ventilazione dell'aria non solo aiuterà con il raffreddamento, ma assicurerà anche che nessuna aria venga attivata dalla radiazione del nucleo. Dopo LS2, la discarica sarà cotta nel tunnel prima che l'SPS riceva il raggio, riscaldando la grafite costituente il nucleo di scarico a 200 °C. Quindi, durante il funzionamento della macchina, il blocco di scarico sarà riscaldato a temperature più elevate dalle travi impattanti e la pressione all'interno della discarica aumenterà temporaneamente fino a quando i blocchi non saranno condizionati.

Sono in corso i preparativi per ospitare la gigantesca struttura nelle caverne e nei tunnel sotterranei in cui si trova l'SPS, e la discarica stessa sta prendendo forma in superficie. Il moncone su cui poggerà il dump della trave viene assemblato nella caverna nota come ECX5, dove un tempo operava il rivelatore UA1. Questo moncone deve essere realizzato in un calcestruzzo speciale, contenenti livelli estremamente bassi di cobalto ed europio. Questi elementi si attivano facilmente per irraggiamento e quindi rimarrebbero caldi a lungo. Evitarli ha un costo elevato, ma garantisce che il moncone non assorba troppe radiazioni nel corso della vita della discarica. La base del moncone sarà fissata al suolo, mentre lo strato appena sotto la discarica sarà composto da blocchi mobili in calcestruzzo.

I lavori di ingegneria civile dovrebbero durare fino alla fine di quest'anno, dopodiché la trave discarica inizierà ad essere assemblata nella sua sede designata. Nei restanti mesi di LS2, la discarica di travi e i suoi servizi saranno predisposti per le travi che arriveranno nel 2021, mentre LHC inizia la sua terza corsa.