I magneti di LHC circondano il fascio di luce lungo la sua circonferenza di 27 km. Credito:CERN
Quando il Large Hadron Collider (LHC) inizierà la Run 3 il prossimo anno, gli operatori mirano ad aumentare l'energia dei fasci di protoni a un senza precedenti 6,8 TeV. Ciò significa che le migliaia di magneti superconduttori, i cui campi dirigono i raggi attorno alla loro traiettoria, bisogno di abituarsi a correnti molto più forti dopo un lungo periodo di inattività durante LS2. Questo viene fatto attraverso un processo di "addestramento magnetico" in corso.
Matteo Solfaroli, parte del gruppo LHC Operations, sovrintende al coordinamento della messa in servizio dell'hardware per l'LHC. Il suo lavoro consiste nell'addestrare ogni singola catena di magneti (chiamata circuito), portandoli gradualmente alle loro correnti nominali. "Questo è un grande progetto perché abbiamo circa 1600 circuiti superconduttori nell'LHC, che vanno da una corrente nominale di 60 ampere a 13 chiloampere, " dice. "Questi sono circuiti davvero grandi, e dobbiamo testarli tutti individualmente:stiamo parlando di circa 12.000 test".
Se i magneti non sono stati addestrati, le alte correnti li farebbero subire un fenomeno casuale chiamato "quenching, " dove una piccola sezione della bobina del magnete si surriscalda. I magneti sono progettati per fermare la combustione della bobina distribuendo questo calore su tutto il magnete. Tuttavia, questo si traduce nel riscaldamento del magnete e di alcuni dei suoi vicini, facendoli andare al di sopra della temperatura critica, dove sono altamente resistivi e incapaci di fornire il campo magnetico richiesto.
Dopo che si è verificata un'estinzione, il magnete deve essere riportato in condizioni criogeniche prima che la corrente possa essere nuovamente erogata. Il team di Powering Tests ripete il processo di aumento della corrente finché i magneti non possono sopportare la loro corrente nominale senza spegnersi.
Corrente in un circuito dipolo principale durante l'allenamento. Il gradiente costante è il graduale aumento della corrente, e il decadimento esponenziale è l'estrazione sicura della corrente quando il sistema di protezione dell'estinzione rileva un'estinzione. Credito:Powering Test team/CERN
Funziona perché i magneti hanno "memoria".
"Il magnete si adatta al nuovo livello attuale, " Ha detto Solfaroli. È un principio simile a qualsiasi altro tipo di allenamento:se hai mai iniziato a correre, saprai che con ogni sessione puoi correre più a lungo senza fermarti, finché non raggiungi un punto in cui puoi correre per un periodo prolungato. La memoria muscolare aumenta la tua resistenza. Allo stesso modo, la memoria magnetica aumenta la loro resistenza per resistere a correnti elevate per periodi prolungati senza spegnersi.
Gli otto più grandi circuiti magnetici a dipolo LHC devono sostenere una corrente di 11 500 ampere. "Il problema è che i fenomeni di spegnimento possono verificarsi in qualsiasi magnete, — disse Solfaroli. — Per i piccoli circuiti, la tempra non è un problema particolare perché si tratta di un recupero veloce. Ma per i principali circuiti a dipolo, il tempo di recupero è tra le otto e le dodici ore."
Come appaiono i quench nel CCC:i blocchi verdi mostrano i magneti alle condizioni nominali e i blocchi rossi mostrano i magneti su cui ha reagito il sistema di protezione del quench. Credito:Powering Test team/CERN
L'intero processo:aumentare la corrente per ogni circuito; tempra; raffreddarlo e ripetere è lungo. In combinazione con tutti i test e altri processi, l'intera preparazione del magnete può richiedere otto o nove mesi, come l'allenamento per correre una maratona.
Il team di Powering Tests prevede che i magneti saranno completamente addestrati entro la fine di quest'anno.
