歐洲核子研究中心的加速器綜合體即將重新開機為2023年突破性發展提供動力
在冬季關閉之後,噴射器和加速器正在為2023年的數據採集季節做準備。在為期17週的年終技術停機(YETS)進行維護和小規模升級後,歐洲核子研究中心的加速器綜合體正在為2023年的數據採集季節重新啟動。重啟過程涉及到鏈條上的每個加速器,最終形成人們熟知的大型強子對撞機(LHC)。
在YETS期間進行的升級將加強LHC Run 3階段的第二年的物理數據採集。線性加速器Linac4現在可以使光束的峰值電流增加30%。其他改進包括防止轉移過程中光束損失的隔離桶,升級的踢腳器系統,以及為大型強子對撞機配備的新的注射踢腳器磁鐵。大型強子對撞機的重新啟動是複雜的,涉及多個小組和持續的機器升級。大型強子對撞機中的碰撞預計將於4月22日開始,為實驗提供更高的效率和更高的光束強度。
LHC隧道內部。資料來源:歐洲核子研究中心
白天越來越長,樹木越來越綠,現在也是歐洲核子研究中心加速器綜合體甦醒的時候了。在年終技術停機(YETS)之後–在17週的時間裡,加速器進行維護和小規模升級–鏈條上的每個加速器都依次為2023年的數據採集季節重新啟動。每次重啟都是將質子從源頭輸送到大型強子對撞機(LHC)最終目的地過程中的一個重要步驟。雖然機器的大多數主要升級是在大型強子對撞機第3次運行開始前的長期關閉期間進行的,但YETS期間進行的加速器升級將改善運行第二年的物理數據採集。
這一切都始於2023年2月13日,當時Linac4開始進行光束調試:在2月17日開始運行之前,對機器進行了短暫的調整。這個直線加速器負責為整個加速器鏈提供質子。它由一個氫離子源和幾個加速結構(稱為射頻腔)組成,將離子轉發到PSB(質子同步加速器)。在YETS期間,Linac4源進行了升級,新穎之處在於提取。雖然新源與之前的源相似,但它允許光束的峰值電流增加30%”。峰值電流的增加意味著貫穿加速器的光束有可能獲得更高的強度。
歐洲核子研究中心的加速器綜合體佈局。資料來源:歐洲核子研究中心
3月3日,PSB開始進行光束調試。在這裡,由Linac4加速的氫離子被剝去電子,只留下質子。這些質子束在四個同步輻射環中被進一步加速,為少數實驗和鏈條中的下一個加速器:質子同步輻射(PS)提供能量。
PS於3月10日開始其2023年的運行,負責為各種實驗提供質子束,包括n_TOF、反質子減速器和東區的實驗,以及超級質子同步加速器(SPS),即鏈條中的下一個加速器。在YETS期間,PS和SPS之間的光束線進行了升級,以使光束傳輸更加有效。直到2016年,當一個被稱為”多圈提取”的過程被引入時,將光束從PS轉移到SPS的過程會導致光束損失。因為SPS的圓周是PS的11倍,轉移涉及到光束在PS上循環五次,填充SPS的11個部分中的10個。這給機器留下了一些空間來引導光束。在2023年,這種方法得到了進一步的改進,引入了隔離桶。這些有助於使光束注入下一個加速器的間隙同步,防止進一步的光束損失,並提高整個綜合體的效率。
質子同步加速器(PSB)。資料來源:歐洲核子研究中心
3月17日,SPS開始進行光束調試。為物理學調整和準備這個加速器是質子束再次在LHC中循環之前的最後一步。SPS也為2023年進行了升級。CERN的高級工程師之一Mike Barnes解釋說:”我們在所有的加速器中都有踢腳器系統,其中許多已經進行了工作。所有這些系統在交還給CERN控制中心運行之前,必須重新調試和測試。踢腳器系統的作用就像火車軌道上的開關:它們改變光束的方向,將其轉移到下一個加速器。在SPS踢腳器系統中,四個模塊被升級,以減少光束在其中沉積的熱量。這四個模塊以前限制了SPS中的高強度光束操作。”
安裝SPS的新噴射踢腳器磁鐵。資料來源:歐洲核子研究中心
此外,在大型強子對撞機中,在YETS期間,其中一個噴射踢腳器磁鐵被替換為新的設計。這和安裝在LHC隧道中的許多設備一樣,將作為LHC下一次運行準備工作的一部分進行測試。
重啟機器的整個過程非常複雜,涉及歐洲核子研究中心多個小組的許多人。由於機器的不斷升級,LHC的重啟每年都不同,在重啟的每個階段,每台機器都需要調整,以使物理學盡可能高效和富有成效地運行。在3月28日的調試期之後,大型強子對撞機預計將於4月22日開始運行,為其實驗提供比以往更高的效率和光束強度。