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Nach der Installation hitzebeständigerer Kickermagnete und deren erfolgreichen Tests während des SPS-Wäschelaufs bereitet sich das SPS auf den Betrieb des LHC mit hoher Leuchtkraft vor.

4. April 2023

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Von Kristiane Bernhard-Novotny

Im gesamten Beschleunigerkomplex werden Modernisierungen für den künftigen Betrieb des High-Luminosity LHC (HL-LHC) durchgeführt. Eine dieser Verbesserungen ist ein neues Design, um die Erwärmung einiger Kickermagnete des SPS zu reduzieren und sie für zukünftige hochintensive Strahlen vorzubereiten. Bei ihrer jetzigen Konstruktion würden diese speziellen Magnete so stark erhitzt, dass sie vorübergehend ihre Fähigkeit verlieren würden, den Strahl in die richtige Position zu biegen. Um dies zu vermeiden, wurde eine spezielle Keramikkammer mit Silberfingern eingebaut. Diese Finger reduzieren die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Balken und dem nichtleitenden Ferrit der Magnete erheblich. Dank dieser Abschirmwirkung erhitzen sich die Magnete deutlich weniger. Die neuen Magnete wurden während des Winterstillstands installiert und haben gerade ihre ersten Strahltests beim SPS-Reinigungslauf, der am 24. März begann, mit Bravour bestanden.

Sechzehn schnell pulsierende Magnete (zwölf kleine und vier große) „kick“ eintreffende Strahlen vom PS-Beschleuniger in die richtige Umlaufbahn des SPS-Strahls. Der magnetische Impuls muss genau getimt werden, um eine versehentliche Ablenkung der umlaufenden Strahlen zu verhindern, die dazu führen könnte, dass sie im Beschleuniger verloren gehen. Der zirkulierende SPS-Strahl kann jedoch zu einer erheblichen Erwärmung der größeren Kickermagnete führen, die nur für Protonenstrahlen vom LHC-Typ verwendet werden. Dies kam bereits in der Vergangenheit vor und die Strahlintensität musste reduziert werden, um eine Überhitzung der Magnete zu verhindern. Dieses Problem wurde nun mit den neu installierten großen Kickermagneten gelöst.

Die ursprünglichen Kickermagnete wurden in den 1970er Jahren installiert und der Austausch erwies sich als viel teurer als die Anpassung der vorhandenen an die HL-LHC-Beams. Das SY-ABT-Kicker-Team hat einen guten Kompromiss zwischen der Reduzierung der Erwärmung der Magnete und dem Erreichen einer ausreichend schnellen Feldanstiegszeit sowie der Optimierung des Budgets für das Material der Magnete gefunden. Die gewählte Lösung basiert weitgehend auf dem Ansatz, der sich bei den SPS-Extraktions-Kickermagneten bewährt hat. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei den SPS-Magneten die Finger direkt auf dem Ferrit der Extraktionsmagnete angebracht wurden. Beim neuen Design werden die Finger auf zwei U-förmigen Keramikkammern platziert, die im Inneren der Kickermagnete verbaut sind. Jeder Fingersatz ist mit der Hochspannungs-Endplatte der Magnete verbunden, wodurch die elektrische Belastung auf sie effektiv begrenzt wird. Um die erforderliche Hochspannungsleistung zu erreichen und gleichzeitig die Erwärmung zu begrenzen, waren mehrere Designiterationen und eine enge Zusammenarbeit zwischen den Teams SY-ABT und BE-ABP erforderlich.

„Eine große Herausforderung für die Teams bestand darin, dass alle Komponenten in sehr kurzer Zeit prototypisiert und hergestellt werden mussten“, sagt Laurent Ducimetière, der die Studie zusammen mit Mike Barnes und Thomas Kramer leitete. Nachdem der Prototyp des Kickermagneten die Hochspannungstests im Labor bestanden hatte, baute das Team aus vier dieser Magnete einen völlig neuen Kickermagneten auf und installierte ihn im SPS.