El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) necesita tipos específicos de imanes para controlar estrictamente los haces de partículas en sus puntos de colisión. Estos imanes, llamados cuadrupolos de enfoque final, están instalados en las regiones de interacción del LHC alrededor de los experimentos. Para la actualización de alta luminosidad del LHC (HL-LHC), será necesario reemplazar los imanes de enfoque final en ATLAS y CMS. Las pruebas realizadas en el CERN han confirmado que los imanes cuadrupolares diseñados recientemente para reemplazarlos funcionarán.
A diferencia de los imanes del LHC, que están hechos de niobio-titanio (Nb-Ti), los nuevos imanes están hechos de un material más desafiante:niobio-estaño (Nb3Sn). "Dada la fragilidad del Nb3Sn y que sus bobinas son muy rígidas, el montaje de imanes de Nb3Sn requiere mucha atención", explica José Miguel Jiménez, jefe del departamento de Tecnología. "Esto lo convierte en un desafío mucho mayor que el de los imanes de Nb-Ti".
El departamento de Tecnología del CERN está desarrollando una serie de diez imanes (ocho y dos de repuesto), cada uno de 7,2 metros de longitud. Este trabajo se basa en el Proyecto de Actualización del Acelerador (AUP) HL-LHC, con sede en EE. UU., que actualmente fabrica 20 (16, más cuatro de repuesto) imanes cuadrupolares, cada uno de 4,2 metros de largo.
Pruebas recientes en Fermilab demostraron que estos imanes funcionan con la corriente objetivo tanto a 1,9 kelvin (-271,25 °C) como a 4,5 kelvin (-268,65 °C), cumpliendo así con los requisitos del proyecto. El equipo del CERN se basa en el mismo diseño y procedimientos de fabricación similares a los de AUP, pero ampliándolos hasta imanes de 7,2 metros de largo.
"La contribución de nuestros colegas estadounidenses ha sido fundamental en el desarrollo del diseño y los procedimientos de estos imanes, y las comprobaciones cruzadas periódicas de los datos de fabricación y pruebas han ayudado a los equipos de ambos lados del Atlántico a superar muchos desafíos", afirma Ezio Todesco. , que está a cargo de los imanes de la región de interacción HL-LHC.
La prueba exitosa en el CERN, que se realizó de agosto a octubre, alcanzó la corriente objetivo de 16,53 kA tanto a 1,9 K como a 4,5 K. La corriente objetivo corresponde al funcionamiento del LHC a 7 TeV, más un margen de 300 A. Aunque la operación está planificada a 1,9 K, la capacidad de alcanzar la corriente objetivo a 4,5 K confirma la solidez del diseño y un cómodo margen de operación para el HL-LHC y más allá.
Este es el tercer imán de longitud completa que se prueba como parte de un plan de recuperación decidido después de que se observaron limitaciones de rendimiento en los dos primeros prototipos. Los otros imanes no mostraron signos de degradación cuando se probaron, pero siempre se limitaron a una corriente inferior al objetivo cuando se operaron a 4,5 K. El equipo del CERN detuvo la producción para investigar esta limitación. Al mejorar el diseño de la cubierta exterior, reducir la tensión máxima en el imán durante el ensamblaje de la bobina y cambiar los parámetros del proceso de fabricación de la bobina, eliminaron las limitaciones y el tercer imán ha eclipsado a sus predecesores.
"Gracias a todos los contribuyentes por los excelentes resultados y el eficiente trabajo en equipo, y por generar soluciones de ingeniería prácticas y sólidas para llevar la tecnología de niobio y estaño al nivel de madurez requerido para las aplicaciones de imanes aceleradores", afirma Arnaud Devred, líder del grupo TE-MSC.
"Este es un resultado fantástico para el proyecto", afirma Oliver Brüning, líder del proyecto HL-LHC. "Esto significa que el niobio-estaño es viable para imanes aceleradores de 7 metros de largo y es una tecnología habilitadora para el HL-LHC."
Proporcionado por CERN
