Des kickers sympas pour la HL

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Le premier « MKI-Cool » a été installé début janvier – des cylindres de ferrite refroidis à l'eau protégeront les aimants de démarrage du LHC de l'augmentation de la charge thermique à l'ère de la haute luminosité

25 janvier 2023

Une grande partie des travaux de recherche et développement pour le LHC à haute luminosité (HL-LHC) vise à protéger les composants fragiles de l'accélérateur des effets néfastes d'une luminosité élevée, tels que le rayonnement et l'augmentation de la chaleur. L'installation de l'aimant de démarrage « MKI-Cool » du LHC (MKI), le premier d'une série de huit, au cours de cet arrêt technique de fin d'année marque une nouvelle étape réussie dans cette entreprise : un cylindre toroïdal en ferrite refroidi par eau abaissera la projection charge thermique déposée sur les culasses de l'aimant de démarrage pour permettre au HL-LHC de bien fonctionner.

Les deux systèmes de kick du LHC, composés chacun de quatre aimants et de générateurs d'impulsions, se trouvent à l'intersection de l'anneau du LHC et de ses deux lignes de transfert qui canalisent les particules depuis le SPS. Comme leur nom l'indique, les aimants kicker donnent un coup de pied à chaque paquet injecté pour le mettre sur l'orbite du LHC. Comme le coup de pied doit laisser le faisceau circulant du LHC intact, chaque impulsion de champ magnétique ne dure que 8 microsecondes : les aimants de coup de pied doivent être rapides et synchronisés avec précision.

Ces spécifications rendent les aimants kicker particulièrement vulnérables à leur environnement hostile : tandis que le faisceau hautement énergétique du LHC siffle à travers l'ouverture de l'aimant, le MKI ne peut pas être complètement protégé de l'échauffement induit par le faisceau, car un blindage interférerait avec son impulsion de champ magnétique haute fréquence. . De plus, l'impulsion haute tension requise empêche tout refroidissement par eau de la culasse MKI, ce qui constitue un sérieux obstacle car la culasse perd ses propriétés magnétiques au-dessus de la température critique de 125 °C. Dans ces conditions, avec des éjecteurs dysfonctionnels, des particules mal éjectées provoqueraient des quenchs dans les aimants supraconducteurs du LHC. Des mesures ont déjà été prises pour éviter ce risque dans l'accélérateur actuel, mais elles ne suffiraient pas à protéger les aimants du quadruplement attendu de la charge thermique dans le contexte d'une luminosité plus élevée.

Le système MKI-Cool est une solution ingénieuse imaginée par le groupe Accelerator Beam Transfer (SY-ABT) pour protéger durablement les aimants de kick. Un cylindre de ferrite toroïdal est monté en amont de l'ouverture MKI-Cool pour absorber une partie importante de l'échauffement induit par le faisceau, réduisant ainsi l'échauffement de la culasse de l'aimant. De plus, le cylindre de ferrite est refroidi à l'eau (d'où le nom MKI-Cool). La culasse en ferrite MKI-Cool devrait rester en dessous d'une température de 100 °C, même avec des faisceaux à haute luminosité.

Le premier MKI-Cool a été installé au point 8 du LHC le 11 janvier, en remplacement d'un MKI standard. Une fois le LHC redémarré, l'interaction du faisceau de particules avec le MKI-Cool testera les performances de la technologie. Si ce test donne des résultats positifs, les sept MKI-Cools restants seront installés avant le début des opérations du HL-LHC.