Il Large Hadron Collider (LHC) necessita di tipi specifici di magneti per controllare strettamente i fasci di particelle nei suoi punti di collisione. Chiamati quadrupoli di focalizzazione finale, questi magneti sono installati nelle regioni di interazione dell'LHC attorno agli esperimenti. Per l’aggiornamento ad alta luminosità dell’LHC (HL-LHC), i magneti di focalizzazione finale di ATLAS e CMS dovranno essere sostituiti. I test al CERN hanno ora confermato che i magneti quadrupolari recentemente progettati per sostituirli funzioneranno.
A differenza dei magneti dell’LHC, che sono realizzati in niobio-titanio (Nb-Ti), i nuovi magneti sono realizzati con un materiale più impegnativo:niobio-stagno (Nb3Sn). "Data la fragilità dell'Nb3Sn e il fatto che le sue bobine sono molto rigide, l'assemblaggio dei magneti Nb3Sn richiede molta attenzione", spiega José Miguel Jiménez, capo del dipartimento di Tecnologia. "Ciò rende la sfida molto più grande rispetto ai magneti Nb-Ti."
Il dipartimento Tecnologia del CERN sta sviluppando una serie di dieci magneti (otto, più due di riserva), ciascuno lungo 7,2 metri. Questo lavoro si basa sul progetto HL-LHC Accelerator Upgrade Project (AUP), con sede negli Stati Uniti, che attualmente sta producendo 20 magneti quadrupolari (16, più quattro di riserva), ciascuno lungo 4,2 metri.
Recenti test al Fermilab hanno dimostrato che questi magneti funzionano con una corrente target sia a 1,9 Kelvin (-271,25°C) che a 4,5 Kelvin (-268,65°C), soddisfacendo così i requisiti del progetto. Il team del CERN si affida allo stesso design e a procedure di produzione simili dell'AUP, ma li sta espandendo fino a magneti lunghi 7,2 metri.
"Il contributo dei nostri colleghi statunitensi è stato determinante nello sviluppo della progettazione e delle procedure per questi magneti, e i regolari controlli incrociati dei dati di produzione e di test hanno aiutato i team su entrambe le sponde dell'Atlantico a superare molte sfide", afferma Ezio Todesco , responsabile dei magneti della regione di interazione HL-LHC.
Il test riuscito al CERN, svoltosi da agosto a ottobre, ha raggiunto la corrente target di 16,53 kA sia a 1,9 K che a 4,5 K. La corrente target corrisponde al funzionamento LHC a 7 TeV, più un margine di 300 A. Sebbene il funzionamento sia pianificato a 1,9 K, la capacità di raggiungere la corrente target a 4,5 K conferma la robustezza del progetto e un margine operativo confortevole per HL-LHC e oltre.
Questo è il terzo magnete a lunghezza intera ad essere testato come parte di un piano di recupero deciso dopo che sono state osservate limitazioni prestazionali sui primi due prototipi. Gli altri magneti non hanno mostrato segni di degrado durante i test, ma sono stati sempre limitati a una corrente inferiore a quella target quando utilizzati a 4,5 K. Il team del CERN ha interrotto la produzione per indagare su questa limitazione. Migliorando il design del guscio esterno, riducendo i picchi di stress sul magnete durante l'assemblaggio della bobina e modificando i parametri del processo di produzione della bobina, hanno eliminato le limitazioni e il terzo magnete ha surclassato i suoi predecessori.
"Grazie a tutti i contributori per gli eccellenti risultati e l'efficiente lavoro di squadra e per aver ricavato soluzioni ingegneristiche pratiche e robuste per portare la tecnologia niobio-stagno al livello di maturità richiesto per le applicazioni dei magneti acceleratori", afferma Arnaud Devred, leader del gruppo TE-MSC.
"Questo è un risultato fantastico per il progetto", afferma Oliver Brüning, leader del progetto HL-LHC. "Significa che il niobio-stagno è utilizzabile per magneti acceleratori lunghi 7 metri ed è una tecnologia abilitante per HL-LHC."
Fornito dal CERN
