Coole Kicker für die HL

Sehen in

Anfang Januar wurde der erste „MKI-Cool“ installiert – wassergekühlte Ferritzylinder sollen die Kickermagnete des LHC vor erhöhter Hitzebelastung im Zeitalter der hohen Leuchtkraft schützen

25. Januar 2023

Ein Großteil der Forschungs- und Entwicklungsarbeit für den High-Luminosity LHC (HL-LHC) zielt darauf ab, die fragilen Komponenten des Beschleunigers vor den schädlichen Auswirkungen hoher Leuchtkraft, wie Strahlung und erhöhter Hitze, zu schützen. Die Installation des „MKI-Cool“-LHC-Kickermagneten (MKI), des ersten einer Serie von acht, während dieses technischen Stopps zum Jahresende markiert einen weiteren erfolgreichen Meilenstein in diesem Unterfangen: Ein wassergekühlter toroidaler Ferritzylinder wird die geplante Senkung ermöglichen Die Wärmebelastung wird auf die Kicker-Magnetjoche übertragen, damit der HL-LHC ordnungsgemäß funktioniert.

Die beiden Kickersysteme des LHC, die jeweils aus vier Magneten und Impulsgeneratoren bestehen, befinden sich am Schnittpunkt des LHC-Rings und seiner beiden Transferleitungen, die Partikel vom SPS transportieren. Wie der Name schon sagt, geben Kickermagnete jedem injizierten Bündel einen Kick, um es in die LHC-Umlaufbahn zu befördern. Da der Kick den zirkulierenden LHC-Strahl unberührt lassen muss, dauert jeder Magnetfeldimpuls nur 8 Mikrosekunden: Kicker-Magnete müssen schnell und präzise getimt sein.

Diese Spezifikationen machen Kicker-Magnete besonders anfällig für ihre raue Umgebung: Während der hochenergetische LHC-Strahl durch die Öffnung des Magneten flitzt, kann der MKI nicht vollständig von der strahlinduzierten Erwärmung abgeschirmt werden, da eine Abschirmung seinen hochfrequenten Magnetfeldimpuls stören würde . Darüber hinaus verhindert der erforderliche Hochspannungsimpuls eine Wasserkühlung des MKI-Jochs, was eine große Hürde darstellt, da das Joch oberhalb der kritischen Temperatur von 125 °C seine magnetischen Eigenschaften verliert. Unter diesen Bedingungen und mit funktionsgestörten Kickern würden falsch geworfene Partikel Quenches in den supraleitenden Magneten des LHC verursachen. Beim aktuellen Beschleuniger wurden zwar bereits Maßnahmen ergriffen, um dieser Gefahr vorzubeugen, sie würden jedoch nicht ausreichen, um die Magnete vor der erwarteten Vervierfachung der Wärmebelastung bei höherer Leuchtkraft zu schützen.

Das MKI-Cool-System ist eine geniale Lösung der Accelerator Beam Transfer Group (SY-ABT), um die Kickermagnete nachhaltig zu schützen. Ein toroidaler Ferritzylinder ist vor der MKI-Cool-Blende montiert, um einen erheblichen Teil der strahlinduzierten Erwärmung zu absorbieren und so die Erwärmung des Magnetjochs zu reduzieren. Zusätzlich wird der Ferritzylinder mit Wasser gekühlt (daher der Name MKI-Cool). Es wird erwartet, dass das MKI-Cool-Ferritjoch auch bei Strahlen mit hoher Leuchtkraft unter einer Temperatur von 100 °C bleibt.

Der erste MKI-Cool wurde am 11. Januar am LHC-Punkt 8 installiert und ersetzte einen Standard-MKI. Sobald der LHC neu gestartet ist, wird die Interaktion des Teilchenstrahls mit dem MKI-Cool die Leistungsfähigkeit der Technologie testen. Sofern dieser Test positive Ergebnisse liefert, werden die sieben verbleibenden MKI-Cools vor Beginn des HL-LHC-Betriebs installiert.