Proton Senkrotron Güçlendirici - Proton Synchrotron Booster
 | |
CERN'deki mevcut parçacık ve nükleer tesislerin listesi | |
|---|---|
| LHC | Negatif hidrojen iyonlarını hızlandırır |
| LEIR | Protonları veya ağır iyonları çarpıştırır |
| SPS | İyonları hızlandırır |
| PSB | Protonları veya iyonları hızlandırır |
| PS | Protonları veya iyonları hızlandırır |
| Linac | Protonları veya iyonları hızlandırır |
| Linac-2 | Protonları PS'ye enjekte eder |
| Linac-3 | Protonları PS'ye enjekte eder |
| Linac4 | İyonları hızlandırır |
| AD | yavaşlar anti proton |
| ELENA | Antiprotonları yavaşlatır |
| İZOLDE | Radyoaktif iyon ışınları üretir |
Proton Sinkrotron Yükseltici ( PSB ) ilk ve en küçük yuvarlak proton hızlandırıcı (bir sinkrotron hızlandırıcı zincirinde) CERN da içerir enjeksiyon karmaşık, kirişler büyük Hadron Hizlandirici . 25 metre yarıçaplı, üst üste binmiş dört halka içerir ve protonları enerji ile alır.50 MeV gelen lineer hızlandırıcı Linak 2 ve onları hızlandırmak1.4 GeV , Proton Synchrotron'a (PS) enjekte edilmeye hazır . PSB 1972'de inşa edilmeden önce, Linac 1 doğrudan Proton Synchrotron'a enjekte edildi, ancak güçlendirici tarafından sağlanan artan enjeksiyon enerjisi, PS'ye daha fazla proton enjekte edilmesine ve hızlandırıcı zincirinin sonunda daha yüksek bir parlaklığa izin verdi .
Tarihsel arka plan
1964 - 1968: Planlama ve inşaatın başlaması
PSB 1972'de faaliyete geçmeden önce, protonlar lineer hızlandırıcı Linac 1 tarafından doğrudan Proton Synchrotron'a (PS) iletildi ve PS'ye 50 MeV'lik protonlar sağlandı, bu daha sonra PS tarafından 25 GeV'a hızlandırıldı. yaklaşık Darbe başına 10 12 proton. Ancak, yeni deneylerin geliştirilmesiyle (esas olarak Kesişen Depolama Halkaları ISR'de), darbe başına 10 13 proton mertebesinde talep edilen ışın yoğunlukları bu kurulumun yeteneklerini aştı. Bu nedenle, protonlar PS'ye girmeden önce ışın enerjisinin nasıl artırılacağına dair farklı yaklaşımlar tartışıldı.
Bu yeni PS enjektörü için, örneğin başka bir lineer hızlandırıcı veya Olimpiyat halkalarının şeklinden ilham alan beş kesişen senkrotron halkası gibi farklı önerilerde bulunuldu . Sonunda, 1964'te önerilen, 25 metre yarıçaplı, dikey olarak istiflenmiş dört senkrotron halkası kurulumuna karar verildi . Bu özel tasarımla, 10 13 protondan daha fazla istenen yoğunluklara ulaşmak mümkün hale gelecekti. nabız.
1967'de, genel güncelleme programının bütçesinin 69,5 milyon CHF (1968 fiyatları) olduğu tahmin edildi. Bu meblağın yarısından fazlası, bir yıl sonra 1968'de başlayan PSB'nin inşaatına ayrıldı.
1972 - 1974: İlk ışın ve devreye alma
PSB'deki ilk proton ışınları 1 Mayıs 1972'de hızlandırıldı ve 26 Mayıs'ta 800 MeV nominal enerjiye ulaşıldı. Ekim 1973'te, PS'ye iletilen darbe başına 5.2 10 12 protonluk ara yoğunluk hedefine ulaşıldı. Toplamda, darbe başına 10 13 protonluk tasarım yoğunluğuna ulaşmak yaklaşık iki yıl sürdü .
1973 - 1978: Linac 2'ye Güncelleme
Operasyonun ilk yıllarında , CERN'in o sırada birincil proton kaynağı olan lineer hızlandırıcı Linac 1'in , hızlandırıcı kompleksi içindeki diğer makinelerin teknik gelişmelerine ayak uyduramadığı anlaşıldı . Bu nedenle 1963 yılında daha sonra Linac 2 olarak adlandırılacak olan yeni bir lineer hızlandırıcının yapılmasına karar verildi . Bu yeni makine, protonlara öncekiyle aynı enerjiye (50 MeV) sahip, ancak 150 mA'ya kadar daha yüksek ışın akımları ve 200 μs'lik daha uzun bir darbe süresi sağlayacaktı. Linac 2'nin inşaatı Aralık 1973'te başladı ve 1978'de tamamlandı.
Linac 1 , 1992 yılına kadar bir ışık iyonu kaynağı olarak çalışmaya devam etti.
1988: 1 GeV'ye yükseltme
On yıldan fazla bir çalışmadan sonra, huzme yoğunluğunun sürekli artışı aynı zamanda PSB'nin çıkış enerjisinde bir artış gerektirdi. Bu nedenle, yalnızca küçük donanım ayarlamaları ile PSB, 1988'de 1 GeV'ye yükseltildi.
1980'ler - 2003: Hızlanan iyonlar
1980'lerin başından 2003'e kadar PSB, Linac 1 tarafından verilen oksijen veya alfa parçacıkları gibi hafif iyonları hızlandırmak için de kullanıldı . Linac 3 , özel bir iyon lineer hızlandırıcı olarak faaliyete geçtikten sonra , kurşun ve indiyum gibi ağır iyonlar da PSB tarafından hızlandırıldı.
2006'dan itibaren, Düşük Enerjili İyon Halkası (LEIR), PSB'nin eski iyonları hızlandırma görevini devraldı.
1992: ISOLDE deneyine bağlantı
1992'ye kadar, PSB'den çıkış protonlarını kullanan tek makine PS idi. Bu, 1992'de Çevrimiçi İzotop Kütle Ayırıcısının (ISOLDE) PSB'nin protonlarının ikinci alıcısı haline gelmesiyle değişti. Daha önce ISOLDE, Synchro-Cyclotron'dan proton elde etmişti , ancak bu makine 1980'lerin sonunda ömrünün sonuna gelmişti. Böylece 1989 yılında ISOLDE'nin PSB'ye bağlanmasına karar verildi.
1999: LHC için hazırlık ve 1.4 GeV'ye yükseltme
İle Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ufuktan (LHC), 1.4 GeV için PSB başka yükseltme gerekliydi. Bu yükseltme, PSB'nin tasarım parametrelerinin sınırlarına ulaşıldığından, önceki 1 GeV yükseltmesinden daha ciddi donanım ayarlamaları anlamına geliyordu. 2000 yılında yükseltme tamamlandı.
2010 - 2026: Yüksek Parlaklıkta Büyük Hadron Çarpıştırıcısı için gelecekteki yükseltmeler
2010 yılında, LHC'nin başka bir yükseltmesinin temel taşı atıldı: Yüksek Parlaklıklı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı .
Çok daha yüksek gereken ışın yoğunluğu, PSB'nin çıkış enerjisini 2.0 GeV'a yükseltmeyi gerekli kılar. Bu, sonraki yıllarda, örneğin ana güç kaynağı, radyo frekans sistemi, PS'ye transfer hattı ve soğutma sistemi gibi PSB'nin çeşitli temel ekipmanlarının değişimi ve güncellenmesiyle uygulanacaktır.
Ek olarak, PSB'nin giriş enerjisi artırılacaktır: Şu anda devreye alınan Linac 4 , 160 MeV'lik bir çıkış ışın enerjisi sağlayacak ve 2020 yılına kadar Linac 2'nin yerini alacaktır . Linac 4, PSB'nin LHC için daha yüksek kaliteli ışın sağlamasını sağlayacaktır. çıplak protonlar (H + iyonları) yerine hidrojen anyonları (H − iyonları) kullanarak . PSB enjeksiyon noktasındaki bir sıyırma folyosu, elektronları hidrojen anyonlarından ayıracak ve böylece dört PSB halkasında demet demetleri olarak biriken protonları yaratacaktır. Bu proton demetleri daha sonra PSB'nin çıkışında yeniden birleştirilir ve CERN enjektör zincirinden aşağıya aktarılır.
Kurulum ve çalıştırma
PSB, CERN'in hızlandırıcı kompleksinin bir parçasıdır. İnşa edildiğinde, Meyrin kampüsü yeni genişletildi ve şimdi Fransız topraklarını da kapsıyordu. PSB'nin halkalarının merkezi, doğrudan Fransa ve İsviçre arasındaki sınırda bulunur. Ülkelerin sınırdaki binalarla ilgili farklı düzenlemeleri nedeniyle, ana PSB inşaatının yeraltına yapılmasına karar verildi. Görünen tek PSB altyapısı İsviçre tarafında bulunuyor. PSB, 25 metre yarıçaplı, dikey olarak istiflenmiş dört halkadan oluşur. Her halka, periyot başına iki dipol mıknatıs ve üç dört kutuplu mıknatıstan (odaklama, odaklama, odaklama) oluşan üçlü odaklama yapısı ile 16 periyoda bölünmüştür. Her mıknatıs yapısı, bir boyunduruğu paylaşan birbiri üzerine yığılmış dört halka için dört tek mıknatıstan oluşur.
PSB, Linac 2'deki yalnızca bir ışın hattı ve PS'deki bir halkanın aksine dört halkadan oluştuğundan , proton ışınlarını içeri ve dışarı birleştirmek için özel bir yapı gereklidir. Linac 2'den gelen proton ışını, sözde proton dağıtıcısı tarafından dikey olarak dört farklı ışına bölünür: Işın, gelen ışının parçalarını art arda farklı açılara saptıran bir dizi darbeli mıknatıstan geçer. Bu, dört halkayı dolduran dört ışıncığın yanı sıra proton dağıtıcısından sonra atılan proton darbesinin yükselen ve düşen kenarı ile sonuçlanır.
Benzer şekilde, dört ışıncık, PSB tarafından hızlandırıldıktan sonra tekrar birleştirilir. Bir dizi farklı manyetik yapı ile dört halkadan gelen ışınlar bir dikey seviyeye getirilir ve daha sonra PS'ye yönlendirilir.
2017 yılında, PSB tarafından 1.51 10 20 proton hızlandırıldı. Bunların %61,45'i ISOLDE'ye teslim edildi ve LHC tarafından yalnızca %0,084'lük küçük bir kısım kullanıldı.
Sonuçlar ve keşifler
PSB'nin protonları tarafından beslenen tek doğrudan deney, Çevrimiçi İzotop Kütle Ayırıcısıdır (ISOLDE). Orada, protonlar farklı tipte düşük enerjili radyoaktif çekirdekler oluşturmak için kullanılır. Bunlarla nükleer ve atom fiziğinden katı hal fiziğine ve yaşam bilimlerine kadar çok çeşitli deneyler yapılmaktadır.