Velikom hadronskom sudaraču (LHC) su potrebni specifični tipovi magneta da bi čvrsto kontrolisali snopove čestica u tačkama sudara. Nazvani kvadrupoli konačnog fokusiranja, ovi magneti su instalirani u regionima interakcije LHC-a oko eksperimenata. Za nadogradnju LHC-a (HL-LHC) visokog osvetljenja, magneti za konačno fokusiranje u ATLAS-u i CMS-u će morati da budu zamenjeni. Testovi u CERN-u su sada potvrdili da će kvadrupolni magneti koji su novo dizajnirani da ih zamene raditi.
Za razliku od LHC magneta, koji su napravljeni od niobijum-titanijuma (Nb-Ti), novi magneti su napravljeni od zahtevnijeg materijala: niobijum-kalaj (Nb3Sn). „S obzirom na krhkost Nb3Sn i činjenicu da su njegovi namotaji veoma kruti, sastavljanje Nb3Sn magneta zahteva veliku pažnju“, objašnjava Hose Migel Himenez, šef odeljenja za tehnologiju. „To ga čini mnogo većim izazovom nego za Nb-Ti magnete.“
Odeljenje za tehnologiju CERN-a razvija seriju od deset magneta (osam, plus dva rezervna), svaki dužine 7,2 metra. Ovaj rad se zasniva na projektu nadogradnje akceleratora HL-LHC (AUP), sa sedištem u SAD, koji trenutno proizvodi 20 (16, plus četiri rezervna) kvadrupolnih magneta, svaki dužine 4,2 metra.
Nedavni testovi u Fermilab-u su pokazali da ovi magneti rade na ciljnoj struji na 1,9 kelvina (-271,25°C) i 4,5 kelvina (-268,65°C), čime ispunjavaju zahteve projekta. Tim CERN-a se oslanja na isti dizajn i slične proizvodne procedure kao i AUP, ali ih povećava na magnete duge 7,2 metra.
„Doprinos naših američkih kolega bio je ključan u razvoju dizajna i procedura za ove magnete, a redovne unakrsne provere podataka o proizvodnji i testiranju pomogle su timovima sa obe strane Atlantika da prevaziđu mnoge izazove“, kaže Ecio Todesko , koji je zadužen za magnete regiona interakcije HL-LHC.
Uspešan test u CERN-u, koji je trajao od avgusta do oktobra, postigao je ciljnu struju od 16,53 kA na 1,9 K i 4,5 K. Ciljna struja odgovara radu LHC od 7 TeV, plus margina od 300 A. Iako je rad planiran na 1,9 K, sposobnost dostizanja ciljne struje na 4,5 K potvrđuje robusnost dizajna i udobnu radnu marginu za HL-LHC i šire.
Ovo je treći magnet pune dužine koji će biti testiran kao deo plana oporavka koji je odlučen nakon što su uočena ograničenja performansi na prva dva prototipa. Ostali magneti nisu pokazali znake degradacije kada su testirani, ali su uvek bili ograničeni na struju ispod ciljne kada su radili na 4,5 K. Tim u CERN-u je pauzirao proizvodnju da bi istražio ovo ograničenje. Poboljšanjem dizajna spoljašnjeg omotača, smanjenjem vršnog naprezanja na magnetu tokom sklapanja zavojnice i promenom parametara procesa proizvodnje zavojnice, eliminisali su ograničenja i treći magnet je nadmašio svoje prethodnike.
„Hvala svim saradnicima na odličnim rezultatima i efikasnom timskom radu i na izvođenju praktičnih i robusnih inženjerskih rešenja za dovođenje tehnologije niobijum-kalaj na nivo zrelosti koji je potreban za primene magneta za akceleratore“, kaže Arnaud Devred, vođa grupe TE-MSC.
„Ovo je fantastičan rezultat za projekat“, kaže Oliver Bruning, vođa projekta HL-LHC. „To znači da je niobijum-kalaj održiv za 7-metarske akceleratorske magnete i da je tehnologija koja omogućava HL-LHC.“
