Si bien el LHC está al comienzo de una nueva temporada de toma de datos, Los científicos e ingenieros de todo el mundo están trabajando arduamente para desarrollar nuevos imanes para la actualización del LHC. el LHC de alta luminosidad (HL-LHC).

En efecto, para esta actualización, es necesario reemplazar más de un kilómetro de la máquina LHC. La instalación comenzará en 2024, y habrá alrededor de 100 imanes de 11 nuevos tipos:cuatro tipos de imanes principales (imanes de dipolo y cuadrupolo que doblan y enfocan los haces), y siete tipos diferentes de imanes correctores.

En particular, los nuevos imanes cuadrupolos principales, que se ubicarán en las regiones de inserción a ambos lados de los detectores ATLAS y CMS, explotar una tecnología innovadora clave que proporciona campos más allá de los 10 Tesla. Están construidos con niobio-estaño (Nb3Sn), utilizando un diseño único que permite aumentar la intensidad máxima del campo magnético en aproximadamente un 50% en comparación con los dipolos LHC actuales, llevándolo de aproximadamente ocho a aproximadamente 12 tesla (T). Apretarán las vigas antes de las colisiones, reemplazando los cuadrupolos en los tripletes del LHC. Estos imanes contribuirán a aumentar la luminosidad integrada del HL-LHC (el número total de colisiones) hasta un factor de 10 por encima del valor de diseño del LHC.

Los nuevos imanes de cuadrupolo se están desarrollando en el marco de una colaboración entre el CERN y el consorcio LHC-AUP (LHC Accelerator Upgrade Project), que involucra a tres laboratorios estadounidenses. Se están desarrollando dos tipos de estos nuevos imanes cuadrupolos de dos longitudes diferentes (4,5 metros en EE. UU. Y 7,5 metros en el CERN).

Ahora que se ha completado la fase de diseño, los imanes principales están en fase de prototipo. Dado el alto costo de los materiales de los imanes, Las pruebas se realizan en modelos más cortos (1,5 metros) para evaluar la estabilidad del diseño y la estructura mecánica. Uno de los principales problemas de los imanes Nb3Sn es la gestión de las contracciones térmicas, porque los materiales que componen el imán tienen que sufrir cambios drásticos, de ser calentado a 650 ° C para hacer el superconductor, y luego se enfría a temperaturas criogénicas, necesarias para que los imanes funcionen en un estado superconductor.

El año pasado, un cuadrupolo modelo corto de 1,5 metros de largo, compuesto por dos bobinas del consorcio LARP (LHC Accelerator Research Program) y dos del CERN, fue probado en los Estados Unidos, alcanzando un campo magnético máximo de 13 T. Otro modelo corto, con tres bobinas fabricadas en el CERN y una en EE. UU., también se probó en el CERN a finales de año, para verificar la reproducibilidad del rendimiento. Alcanzó un campo máximo de 12,2 T, por encima del campo magnético nominal, pero unas décimas de tesla por debajo del objetivo de rendimiento máximo. Se realizará otra iteración del montaje en la segunda parte del año. Un tercer modelo corto de los trillizos a ambos lados de ATLAS y CMS, y el primero con un conjunto homogéneo de bobinas, pronto se probará en el CERN. Será una prueba importante para validar muchas características del diseño de cuadrupolo.

En enero de 2017, una bobina de 4,5 metros de longitud completa, una longitud récord mundial, para un imán Nb3Sn en un acelerador:ha sido probado en el Laboratorio Nacional Brookhaven de EE. UU. y alcanzó el valor de campo nominal de 13,4 T.

Mientras tanto en el CERN, el devanado de bobinas de 7,15 metros de largo ya comenzó en el edificio Large Magnet Facility. "Escalar de uno a siete metros no es en absoluto una tarea trivial, y es uno de los principales retos tecnológicos de este proyecto, "dice Ezio Todesco, un físico en la sección SC Magnet Design and Technology, en los imanes, Grupo de superconductores y criostatos del departamento de Tecnología, quien lidera el trabajo para el proyecto HL-LHC sobre imanes para las regiones de inserción. "Entre finales de este año y finales del próximo, probaremos los primeros prototipos completos. Tendremos entonces la confirmación de que se desempeñan como se esperaba, y ver si se necesita alguna iteración de diseño, " él añade.