CERN Hadron Linacs

CERN -komplex

Nuvarande partikel- och kärnkraftsanläggningar
LHC	Accelererar protoner och tunga joner
LEIR	Accelererar joner
SPS	Accelererar protoner och joner
PSB	Accelererar protoner
PS	Accelererar protoner eller joner
Linac 3	Injicerar tunga joner i LEIR
Linac4	Accelererar joner
AD	Bromsar antiprotoner
ELENA	Bromsar antiprotoner
ISOLDE	Producerar radioaktiva jonstrålar

Invändig vy av den första CERN Linac

CERN användas Hadron Linacs är linjäracceleratorer som accelererar strålar av hadroner från stillastående för att av de större cirkulära acceleratorerna vid anläggningen.

• 

  Den första CERN Linac, verksam från 1958 till 1992

• 

  Linac 2, som fungerade från 1978 till 2018, användes för att accelerera protoner

• 

  Linac 3, för närvarande (från och med 2020) används för att accelerera joner

• 

  Linac4, som ersätter Linac 2 2020, accelererar negativa vätejoner

Linac

Linac , ibland kallad PS Linac och mycket senare Linac 1 , var CERN:s första linjäraccelerator, byggd för att injicera 50 MeV protoner i protonsynkrotronen ( PS ) . Designad i början av 1950-talet baserades dess principdesign på en liknande accelerator hos AERE i England. De första strålarna accelererades 1958, vid strömmar på 5 mA och en pulslängd på 20 μs, vilket var världsrekordet på den tiden. Acceleratorn var i full drift i september 1959, när designenergin på 50 MeV först nåddes.

Sedan dess upplevde Linac en fas av snabb utveckling och ständig förbättring av outputparametrarna. Detta kulminerade 1978, då en maximal protonström på 70 mA vid pulslängder på 100 μs kunde nås. Från 1972 levererade Linac inte protonerna direkt till PS längre, utan till Proton Synchrotron Booster (PSB). PSB hade byggts för att möjliggöra högre energier hos protonstrålarna redan innan de går in i PS.

Efter att Linac 2 hade tagit över uppgiften att accelerera protoner 1978, fortsatte Linac att användas som en pålitlig testbädd för nya utvecklingar. Detta inkluderade testning och implementering av en radiofrekvent kvadrupol som den initiala acceleratorn, som ersatte den ursprungliga Cockcroft-Walton-generatorn 1984. Dessutom utvecklades sätt att skapa och accelerera deuteroner, α-partiklar och H ^{− atomer.} De senare användes som teststrålar för LEAR . Från slutet av 1986 användes Linac också för att accelerera syre- och svaveljoner .

Linac upphörde att användas i experiment sommaren 1992. Den togs sedan ur drift och togs bort från sin tunnel för att ge plats åt Linac 3; vars konstruktion startade oktober 1992 efter att Linac hade tagits bort från tunneln. Delar av Linac finns kvar som museiföremål i Microcosm -utställningen.

Linac 2

Linac 2 , i början helt enkelt kallad den nya Linac, tillkännagavs 1973. Man beslutade att bygga en ny linjäraccelerator, eftersom den gamla Linac inte kunde hänga med de tekniska framstegen från de andra maskinerna inom CERNs acceleratorkomplex. Linac 2 ersatte Linac som CERN:s primära källa för protonstrålar 1978. Den behöll samma strålenergi på 50 MeV, men möjliggjorde mer intensiva strålar med strålströmmar på upp till 150 mA och en längre pulslängd på 200 μs.

Ursprungligen hade det diskuterats att ytterligare uppgradera den första Linac istället för att bygga en helt ny linjäraccelerator. Det stod dock snabbt klart att kostnaderna för en sådan uppdatering nästan skulle bli lika dyra som nya Linac. Ett annat faktum till förmån för denna nya konstruktion var möjligheten att säkerställa en smidig övergång från den ena Linac till den andra utan några stillestånd däremellan. Även denna två linac-metod innebar att den gamla Linac kunde ge en back-up för den nya Linac under de första driftåren.

Konstruktionen av Linac 2 startade i december 1973, med en uppskattad budget på 21,3 miljoner CHF, och slutfördes 1978. Linac 2 var 36 meter lång och var baserad på marknivå på CERN-huvudplatsen. Den låg i en byggnad parallellt med den gamla Linac-tunneln.

Under hela sin livstid gick Linac 2 igenom flera uppdateringar för att hänga med i utvecklingen av CERNs acceleratorsystem. Den viktigaste uppgraderingen var bytet av den gamla 750 kV Cockcroft-Walton-generatorn med en radiofrekvenskvadrupol 1993. Detta höjde utströmmen till 180 mA.

I slutet av 2000-talet övervägdes det om man skulle uppgradera Linac 2 eller bygga en ny linac för att injicera partiklar i HL-LHC. Beslutet togs i slutändan att bygga en ny accelerator, Linac4 för att efterträda Linac 2 2020. Linac 2 stängdes av 12 november 2018 kl. 15:00 av CERN:s chef för acceleratorer, och togs sedan ur drift som en del av LHC-injektorn Uppgraderingsprojekt. I avvecklingsprocessen kopplades Linac 2 bort från de andra acceleratorerna i CERN, så den kan inte längre användas för att injicera partiklar i CERN-acceleratorer eller experiment. Mycket av Linac 2-acceleratorns hårdvara är dock kvar (från och med oktober 2019) på plats orörd, med hopp om att göra den till en utställning om CERNs historia.

Linac 3

Linac 3 , även kallad Lead Linac , byggdes inuti den tidigare tunneln i Linac 1 och togs i drift sommaren 1994 (bygget startade oktober 1992). Den hade konstruerats speciellt för att accelerera tunga joner, efter att tester med Linac 1 och en ökande efterfrågan från forskarvärlden föreslog att man skulle bygga en ny Linac dedikerad specifikt till denna uppgift. De accelererade partiklarna är huvudsakligen blyjoner , som tillförs LHC och fixerade målexperiment vid SPS och LEIR . För LEIRs driftsättning accelererades även syrejoner.

Efter förberedelser från 2013 och framåt anpassades Linac 3 för att accelerera argonjoner 2015. Dessa användes av NA61/SHINE- experimentet.

På liknande sätt accelererade Linac 3 xenonjoner 2017 för NA61:s fysikprogram med fasta mål. Den 12 oktober 2017 levererades dessa till Large Hadron Collider (LHC) för en unik upptagning av data: För första gången accelererades och kolliderade xenonjoner i LHC. Under sex timmar kunde LHC:s fyra experiment ta data från de kolliderande xenonjonerna.

Linac 3 förväntas fortsätta att användas åtminstone till 2022.

Linac4

Linac4 (CERN använder detta namn/stavning), ibland oprecist hänvisad till som Linac 4 (vilket är ett namn/stavning som inte används av CERN), är en nuvarande 86 meter lång linjär accelerator som ersatte den pensionerade Linac 2. Till skillnad från sina föregångare, Linac4 accelererar negativa vätejoner , inte protoner, och har en accelerationsenergi på 160 MeV. Jonerna injiceras sedan till Proton Synchrotron Booster (PSB) där båda elektronerna sedan strippas från var och en av vätejonerna och därmed återstår bara kärnan som innehåller en proton. Genom att använda vätejoner istället för protoner reduceras och förenklas strålförlusten vid injektionen och detta gör också att fler partiklar kan ackumuleras i synkrotronen.

CERN godkände byggandet av Linac4 i juni 2007. Projektet startade 2008.

Linac4 har byggts i en egen tunnel, parallellt med Linac 2, på CERNs huvudanläggning. Anledningen till att man bygger gaspedalen i sin egen nya tunnel är att byggandet av den skulle kunna ske samtidigt med driften av Linac 2.

Linac4 har ökat energin med en faktor tre jämfört med sin föregångare, Linac 2, och uppnått en energi på 160 MeV. Denna energiökning, i kombination med den ökade ackumuleringen av partiklar, kommer att göra det möjligt för strålintensiteten att fördubblas när den senare levereras till LHC. Detta är en del av den planerade framtida ljusstyrkan för LHC.

Den första injektionen av en partikelstråle från Linac4 i PSB skedde i december 2020.

externa länkar

• CERN-video: Möt Linac4
• CERN-video: Virtuellt besök av Linac4 i 3D