Magnetický vyrovnávací systém HL-LHC prošel zásadními testy

Mnoho senzorů FRAS (Full Remote Alignment System) a softwarových programů vyvinutých CERNem bylo úspěšně testováno na prototypu magnetu v rámci přípravy na HL-LHC.

„Při práci s 27 km dlouhým strojem, jehož součásti musí být seřízeny s přesností několika desetin milimetru nebo někdy dokonce několika mikrometrů, geodeti CERN již nemohou považovat Zemi za kulovou, natož plochou: všechny do hry vstupují detaily jeho eliptického (geoidního) tvaru.“ Takto popisuje Hélène Mainaud-Durand (BE-GM) výzvy spojené se zarovnáním magnetů a dalších součástí HL-LHC.

Tyto velké technologické potíže se poprvé objevily během instalace a provozu LHC a jsou dále komplikovány omezeními HL-LHC. Nový HL-LHC Remote Alignment System (FRAS), který letos v létě prošel suverénně prvním testem, bude klíčovým nástrojem při řešení výzev bezpečného ustavení před námi.

FRAS je zaměřovací systém složený z téměř tisíce senzorů rozmístěných podél 200 metrů nových magnetů instalovaných na obou stranách detektorů ATLAS a CMS. Senzory spolu s jejich elektronickými a softwarovými programy a systémem motorizovaných zásuvek, na kterých budou některé komponenty sedět, budou sloužit k nastavení vzájemné polohy komponent na dálku, v reálném čase, bez nutnosti zásahu člověka do systému. jeskyně. . To je zásadní požadavek v prostředí ozařovaném HL-LHC.

Zatímco podobný systém dálkového ovládání již byl rozmístěn přes 50 metrů magnetů uvnitř urychlovače proudu, FRAS, který pokryje větší vzdálenost, je inovativní v několika směrech. Tolerance vyrovnání bude stejná jako nyní (+/- 0,15 mm), ale systém urazí mnohem větší vzdálenost (200 m místo 50 m).

Nový systém obsahuje dvě různé technologie zarovnání. První je klasická kapacitní technologie založená na měření vzdálenosti mezi několika senzory rozmístěnými podél řady magnetů a propojenými 220 metrů dlouhým vodičem integrovaným do senzorů a komponentů HL-LHC.

Přestože tento systém využívá dobře známé technologie, bylo nutné provést zásadní úpravy, aby byly splněny specifické požadavky HL-LHC: pro ochranu senzorů před zářením jsou od nich odděleny jejich elektronické komponenty, které jsou k nim připojeny kabely o délce 120 metrů. vhodných materiálů do nepřátelského prostředí – velká technická výzva.

Kromě toho je tento první systém doplněn o druhou inovativní technologii známou jako frekvenční rozmítaná interferometrie (FSI). Tato technika zahrnuje měření vzdálenosti mezi koncem optického vlákna (měřicí hlavou) a různými cíli vyrobenými z reflexních skleněných kuliček, které byly speciálně vyvinuty pro použití v tomto systému. Tato důmyslná technologie, která nevyžaduje kabely (je potřeba pouze optické vlákno), bude použita nejen k potvrzení měření provedených v prvním systému, ale také poprvé k určení polohy studených mas. uvnitř magnetických kryostatů.

„Technologie FSI byla vyvinuta interně a je výsledkem osmiletého výzkumu a vývoje, který společně prováděly různé skupiny v oddělení BE za pomoci mnoha týmů z laboratoře. testováno v britské National Physics Laboratory, byli jsme schopni navrhnout řešení, které vyhovuje našim vlastním potřebám a o které již projevilo zájem několik dalších fyzikálních laboratoří. Zvládnutí této technologie v CERN také znamená, že máme všechny karty v ruce připravené pro fázi industrializace senzorů, která zanedlouho začne“, vysvětluje Mainaud-Durand.

Po křtu ohněm na magnetickém prototypu v metrologické laboratoři letos v létě bude FRAS poprvé testován na magnetech HL-LHC v interním trojitém testovacím řetězci (IT-String) v roce 2024, než bude konečně instalován v jeskyně během Long Shutdown 3 (LS3), plánované na rok 2027.