O Grande Colisor de Hádrons (LHC) precisa de tipos específicos de ímãs para controlar rigorosamente os feixes de partículas em seus pontos de colisão. Chamados de quadrupolos de foco final, esses ímãs são instalados nas regiões de interação do LHC ao redor dos experimentos. Para a atualização de alta luminosidade do LHC (HL-LHC), os ímãs de foco final do ATLAS e do CMS precisarão ser substituídos. Testes no CERN confirmaram agora que os ímãs quadrupolos recentemente projetados para substituí-los funcionarão.



Ao contrário dos ímãs do LHC, que são feitos de nióbio-titânio (Nb-Ti), os novos ímãs são feitos de um material mais desafiador:nióbio-estanho (Nb3Sn). “Dada a fragilidade do Nb3Sn e o fato de suas bobinas serem muito rígidas, a montagem dos ímãs de Nb3Sn requer muita atenção”, explica José Miguel Jiménez, chefe do departamento de Tecnologia. "Isso torna o desafio muito maior do que o dos ímãs Nb-Ti."

O departamento de Tecnologia do CERN está desenvolvendo uma série de dez ímãs (oito, mais dois sobressalentes), cada um com 7,2 metros de comprimento. Este trabalho baseia-se no Projeto de Atualização do Acelerador HL-LHC (AUP), com sede nos EUA, que atualmente fabrica 20 (16, mais quatro sobressalentes) ímãs quadrupolos, cada um com 4,2 metros de comprimento.

Testes recentes no Fermilab mostraram que esses ímãs operam com corrente alvo de 1,9 Kelvin (-271,25°C) e 4,5 Kelvin (-268,65°C), atendendo assim aos requisitos do projeto. A equipe do CERN está contando com o mesmo projeto e procedimentos de fabricação semelhantes aos do AUP, mas ampliando-os para ímãs de 7,2 metros de comprimento.

“A contribuição dos nossos colegas dos EUA foi fundamental no desenvolvimento do design e dos procedimentos para estes ímanes, e as verificações cruzadas regulares dos dados de fabrico e de testes ajudaram as equipas de ambos os lados do Atlântico a superar muitos desafios”, afirma Ezio Todesco. , responsável pelos ímãs da região de interação HL-LHC.

O teste bem-sucedido no CERN, realizado de agosto a outubro, atingiu a corrente alvo de 16,53 kA em 1,9 K e 4,5 K. A corrente alvo corresponde à operação do LHC de 7 TeV, mais uma margem de 300 A. Embora a operação esteja planejada em 1,9 K, a capacidade de atingir a corrente alvo em 4,5 K confirma a robustez do projeto e uma margem de operação confortável para o HL-LHC e além.

Este é o terceiro ímã completo a ser testado como parte de um plano de recuperação decidido após a observação de limitações de desempenho nos dois primeiros protótipos. Os outros ímanes não mostraram sinais de degradação quando testados, mas foram sempre limitados a uma corrente abaixo do alvo quando operados a 4,5 K. A equipa do CERN interrompeu a produção para investigar esta limitação. Ao melhorar o design do revestimento externo, reduzindo o pico de tensão no ímã durante a montagem da bobina e alterando os parâmetros do processo de fabricação da bobina, eles eliminaram as limitações e o terceiro ímã superou seus antecessores.

"Obrigado a todos os colaboradores pelos excelentes resultados e trabalho em equipe eficiente e por obter soluções de engenharia práticas e robustas para levar a tecnologia nióbio-estanho ao nível de maturidade exigido para aplicações de ímãs de aceleradores", disse Arnaud Devred, líder do grupo TE-MSC.

“Este é um resultado fantástico para o projeto”, afirma Oliver Brüning, líder do projeto HL-LHC. "Isso significa que o nióbio-estanho é viável para ímãs aceleradores de 7 metros de comprimento e é uma tecnologia que permite o HL-LHC."

Fornecido pelo CERN