CERN LHC - HL-LHC - Wielki Zderzacz Hadronów o Dużej Świetlności (2016-2024)

Koordynatorzy projektu w DAI:

Dariusz Bocian, Jacek Świerblewski
e-mail: Dariusz.Bocian@ifj.edu.pl, Jacek.Swierblewski@ifj.edu.pl


Pracownicy DAI zaangażowani w projekt:

Inżynierowie: Michał Duda, Artur Krawczyk, Waldemar Maciocha, Bogusław Prochal, Adrian Szeliga, Marcin Wartak, Agnieszka Zwoźniak

Technicy:


Opis:

Wielki Zderzacz Hadronów o Dużej Świetlności jest to projekt dzięki któremu mają zostać poprawione parametry działającego LHC. Głównym celem projektu jest zwiększenie świetlności o czynnik 10 w stosunku do aktualnych osiągnięć. W tym przypadku świetlność jest proporcjonalna do liczby zderzeń w jednostce czasu. Większa świetlność pozwoli zebrać więcej danych z eksperymentów i zaobserwować procesy i zderzenia, które występują rzadziej.

HL-LHC, który powinien działać już w roku 2025, pozwoli na precyzyjne badania nowych cząstek zaobserwowanych w LHC, takich jak cząstka Higgsa. W celu zwiększenia świetlności LHC będą wykorzystywane nadprzewodzące wnęki rezonansowe typu crab.

W ramach zadań realizowanych dla projektu Wielki Zderzacz Hadronów o Dużej Świetlności inżynierowie z DAI realizują następujące zadania:

Udział w testach magnesów nadprzewodnikowych.

Zwiększenie parametru świetlności o czynnik 10 będzie możliwe gdy wiele z obecnych magnesów ogniskujących oraz zakrzywiających Wielkiego Zderzacza Hadronów zostanie wymienionych na magnesy nowego typu. Zadanie skupione jest wokół testowania nowych modeli i prototypów magnesów nadprzewodzących oraz na planowaniu programu testowego dla przyszłej instalacji Odcinka Ogniskującego dla eksperymentów (IT String).

Pomiary i analiza prądów krytycznych nadprzewodników Nb3Sn.

Pomiary są przeprowadzane w celu kwalifikacji nowych przewodów nadprzewodzących oraz w celu potwierdzania poprawności procesu produkcji obecnie budowanych magnesów.

Udział w montażu i testach wnęk typu crab.

Są one głównymi komponentami krio-modułów zaprojektowanych dla Wielkiego Zderzacza Hadronów o Dużej Świetlności. Pierwszym typem wnęk są wnęki DQW (Double Quarter Wave), Rys.1.

Rys.1 Wnęka rezonansowa typu DQW crab.

Rys.1 Wnęka rezonansowa typu DQW crab.

Po wyprodukowaniu i odtłuszczeniu wnęki rezonansowe są czyszczone w specjalnych komorach wyposażonych w system wysoko - ciśnieniowego płukania, Rys.2. Następnie wnęki są przenoszone wprost do pomieszczeń o wysokiej czystości, w których są suszone przy użyciu strumienia czystego powietrza, Rys.2. W kolejnym kroku wnęki są wyposażane w konieczne podzespoły np. anteny częstotliwości radiowej wewnątrz pomieszczenia o klasie czystości ISO4, Rys.3. W pełni wyposażone i zamknięte wnęki są przenoszone z czystego pomieszczenia do pomieszczeń montażowych. Tam są instalowane na strukturach nośnych i podłączane do linii próżniowej w warunkach podwyższonej czystości. Po odpompowaniu przeprowadzona jest spektrometria masowa przy użyciu analizatora gazów resztkowych (urządzenie RGA). Konieczny jest również test szczelności przy użyciu wykrywacza nieszczelności.

Rys.2 Wnęka rezonansowa wewnątrz urządzenia do wysoko – ciśnieniowego płukania. Rys.2 Wnęka rezonansowa w pomieszczeniu o wysokiej czystości.

Rys.2 Wnęka rezonansowa wewnątrz: urządzenia do wysoko – ciśnieniowego płukania (po lewej) i w pomieszczeniu o wysokiej czystości (po prawej).

Rys.3 Montaż anten radiowych i innych komponentów w pomieszczeniu o wysokiej czystości.

Rys.3 Montaż anten radiowych i innych komponentów w pomieszczeniu o wysokiej czystości.

Poprzednio przygotowana wnęka jest instalowana w specjalnym stelażu oraz dodatkowo wyposażana w systemy czujników temperatury i pola magnetycznego, Rys.4. Następnie całość jest transportowana do kriostatu w celu wykonania testu, Rys.5.

Rys.4 Wnęka zainstalowana w stelażu.

Rys.4 Wnęka zainstalowana w stelażu.

Rys.5 Stelaż wraz z wnęką rezonansową podczas transportu do pionowego kriostatu.

Rys.5 Stelaż wraz z wnęką rezonansową podczas transportu do pionowego kriostatu.

Kolejnym etapem budowy jest wyposażenie wnęki rezonansowej w ekran magnetyczny, Rys.6a oraz zbiornik helowy, Rys.6b.

Rys. 6a Wnęka wraz z ekranem magnetycznym.

Rys. 6a Wnęka wraz z ekranem magnetycznym.

Rys. 6b Wnęka we wnętrzu zbiornika helowego.

Rys. 6b Wnęka we wnętrzu zbiornika helowego.

Udział w montażu modułu kriogenicznego.

Po przeprowadzeniu testów w temperaturze 2K, dwie wnęki umieszczane są w pomieszczeniu o wysokiej czystości oraz łączone w linię, Rys.7.

Rys.7 Dwie wnęki w czystym pomieszczeniu w trakcie łączenia w linię.

Rys.7 Dwie wnęki w czystym pomieszczeniu w trakcie łączenia w linię.

Po sprawdzeniu szczelności utworzonej linii wnęk, jest ona wyciągana z pomieszczenia o podwyższonej czystości i rozpoczynają się kolejne etapy montażu modułu. Podczas każdej newralgicznej czynności przeprowadzane są pomiary RF (częstotliwości radiowej) w celu sprawdzenia czy w jej trakcie parametry wnęk nie uległy zmianie, Rys.8.

Rys.8 Pomiary RF w trakcie procesu montażu modułu.

Rys.8 Pomiary RF w trakcie procesu montażu modułu.

Podczas procesu montażu modułu jest on wyposażany w wiele komponentów takich jak linie kriogeniczne, system strojenia częstotliwości, Rys.9, izolacje MLI (Multi-Layer Insulation) oraz osłonę termiczną, Rys.10, system regulacji położenia wnęk, czujniki temperatury oraz pola magnetycznego, grzałki, wskaźniki poziomu helu, przewody RF i wiele innych.

Rys.9 Montaż systemu strojenia częstotliwości.

Rys.9 Montaż systemu strojenia częstotliwości.

Rys.10 Izolacja MLI oraz ekran termiczny.

Rys.10 Izolacja MLI oraz ekran termiczny.

Następnie całość po uprzednich pomiarach geodezyjnych, umieszczana jest w zbiorniku próżniowym wyposażonym w ekran magnetyczny. Powstały w ten sposób moduł jest następnie wyposażany w osprzęt kriogeniczny oraz systemy sterowania częstotliwością wnęk itp. Ostatnim etapem jest wykonanie testu szczelności, pomiary RF, pomiary geometrii oraz finalizacja połączeń wszystkich przewodów oraz czujników, Rys.11.

Rys.11 Moduł wnęk typu crab w trakcie ostatniej fazy montażu.

Rys.11 Moduł wnęk typu crab w trakcie ostatniej fazy montażu.

Gotowy moduł kriogeniczny jest transportowany na stanowisko testowe, Rys.12 w celu wykonania dalszych testów kriogenicznych, próżniowych oraz RF przed finalnym montażem w tunelu akceleratora SPS (The Super Proton Synchrotron).

Rys.12 Moduł wnęk typu crab umieszczony na stanowisku testowym.

Rys.12 Moduł wnęk typu crab umieszczony na stanowisku testowym.


http://hilumilhc.web.cern.ch/


Materiały



« powrót do głównej

Data ostatniej modyfikacji: 18/2/2020