Войти
 | |
| Список текущих ускорителей частиц. в ЦЕРН | |
|---|---|
| линейный ускоритель 2 | ускоряет протоны |
| линейный ускоритель 3 | ускоряет ионы |
| линейный ускоритель 4 | ускоряет отрицательные ионы водорода |
| AD | замедляет антипротоны |
| LHC | сталкивает протоны или тяжелые ионы |
| LEIR | Ускоряет ионы |
| PSB | Ускоряет протоны или ионы |
| PS | Ускоряет протоны или ионы |
| SPS | Ускоряет протоны или ионы |
Протонный синхротрон (PS) - это ускоритель частиц в ЦЕРН. Это первый синхротрон ЦЕРНа, который начал свою работу в 1959 году. В течение короткого периода времени PS был самым мощным в мире ускорителем частиц. С тех пор он служил предварительным ускорителем для пересекающихся накопительных колец (ISR ) и суперпротонного синхротрона (SPS ), и в настоящее время является частью ускорительного комплекса Большой адронный коллайдер (LHC ). Помимо протонов, PS ускорял альфа-частицы, кислорода и ядра серы, электроны, позитроны и антипротоны.
Сегодня ПС является частью ускорительного комплекса ЦЕРНа. Он ускоряет протоны для LHC, а также для ряда других экспериментальных установок в ЦЕРНе. Используя источник протонов, протоны сначала ускоряются до энергии 50 МэВ в линейном ускорителе Linac 2. Затем пучок вводится в протонный синхротронный бустер (PSB ), который ускоряет протоны до 1,4 ГэВ, а затем в PS, который толкает пучок до 25 ГэВ. Затем протоны отправляются в суперпротонный синхротрон и ускоряются до 450 ГэВ, прежде чем они будут введены в LHC. PS также ускоряет тяжелые ионы из кольца низкоэнергетических ионов (LEIR ) с энергией 72 МэВ для столкновений в LHC.
Синхротрон (как в Протонном синхротроне) - это тип циклического ускорителя частиц, произошедшего от циклотрон, в котором пучок ускоряющих частиц движется по фиксированной траектории. Магнитное поле , которое изгибает пучок частиц по его фиксированной траектории, увеличивается со временем и синхронизируется с увеличением энергии частиц. Когда частицы перемещаются по фиксированной круговой траектории, они будут колебаться вокруг своей равновесной орбиты, явление называется.
В обычном синхротроне фокусировка циркулирующих частиц достигается с помощью слабой фокусировки : магнитное поле, которое направляет частицы вокруг фиксированного радиуса, немного уменьшается с увеличением радиуса, заставляя орбиты частиц с немного разными положениями приближаться друг к другу. Степень фокусировки таким образом не очень велика, и, следовательно, амплитуда велика. Слабая фокусировка требует большой вакуумной камеры и, следовательно, больших магнитов. Большая часть стоимости обычного синхротрона - это магниты. PS был первым ускорителем в ЦЕРН, в котором использовался принцип переменного градиента, также называемый сильной фокусировкой: квадрупольные магниты используются для попеременной горизонтальной и вертикальной фокусировки много раз по окружности. ускорителя. Теоретически фокусировка частицы может быть сколь угодно сильной, а амплитуда бетатронных колебаний сколь угодно малой. В конечном итоге вы можете снизить стоимость магнитов.
Когда в начале 1950-х годов начали формироваться планы создания европейской лаборатории физики элементарных частиц, два разных ускорителя появились проекты. Одна машина должна была быть стандартного типа, простая, относительно быстрая и дешевая в сборке: синхроциклотрон, обеспечивающий столкновения с энергией центра масс 600 МэВ. Второе устройство было гораздо более амбициозным: ускоритель больше, чем любой другой из существовавших на тот момент, синхротрон, способный ускорять протоны до энергии 10 ГэВ - PS.
К маю 1952 года была создана дизайнерская группа, во главе которой стоял Одд Даль. Среди других членов группы были Рольф Видеро, Фрэнк Кеннет Говард и Джон Адамс. После посещения Cosmotron в Брукхейвенской национальной лаборатории в США, группа узнала о новой идее создания более дешевых и более энергоемких машин: фокусировка с переменным градиентом. Идея была настолько привлекательной, что исследование синхротрона на 10 ГэВ было прекращено, а началось исследование машины, реализующей новую идею. Используя этот принцип, можно построить ускоритель на 30 ГэВ по той же цене, что и ускоритель на 10 ГэВ, используя слабую фокусировку. Однако чем сильнее фокусировка, тем выше требуется точность юстировки магнитов. Это оказалось серьезной проблемой в конструкции ускорителя.
Второй проблемой в период строительства было поведение машин при энергии, называемой «переходной энергией». В этот момент относительное увеличение скорости частиц изменяется с большей на меньшую, вызывая уменьшение амплитуды бетатронных колебаний до нуля и потерю устойчивости пучка. Это было решено скачком или внезапным изменением ускорения, при котором импульсные четверки заставляли протоны пересекать энергетический уровень перехода намного быстрее.
PS был одобрен в октябре 1953 г. как синхротрон на энергию 25 ГэВ с радиусом 72 метра и бюджетом 120 миллионов швейцарских франков. Выбранная сила фокусировки требовала вакуумной камеры шириной 12 см и высотой 8 см с магнитами общей массой около 4000 тонн. Даль ушел с поста руководителя проекта в октябре 1954 года и его заменил Джон Адамс. К августу 1959 года PS был готов к запуску своего первого пучка, а 24 ноября машина достигла энергии пучка 24 ГэВ.
Aerial вид на протонный синхротрон на 28 ГэВ. Подземное кольцо протонного синхротрона на 28 ГэВ в 1965 году. Левый, Южный и Северный экспериментальные залы. Вверху справа, часть Восточного зала. Внизу справа - главная генераторная и охлаждающие конденсаторы. К концу 1965 года PS была центром паутины лучевых линий: она доставляла протоны в Южный зал (сайт Мейрина ) где внутренняя мишень произвела пять вторичных пучков, обслуживающих эксперимент нейтрино и накопительное кольцо мюона ; Северный зал (участок Мейрина), где две пузырьковые камеры (80 см водородный Saclay, тяжелая жидкость ЦЕРН) питались внутренней мишенью; когда в 1963 году стал доступен Восточный зал (площадка Мейрин), протоны от PS попали во внутреннюю мишень, создавая вторичный луч, отфильтрованный электростатическими сепараторами, в 2-метровую пузырьковую камеру ЦЕРНа и дополнительные эксперименты.
Вместе со строительством пересекающихся складских колец (ISR) в 1965 году была принята программа усовершенствования PS, которая также освободила место для Gargamelle и Big Европейская пузырьковая камера эксперименты. Энергия инжекции PS была увеличена за счет создания четырехкольцевого бустера на 800 МэВ - Proton Synchrotron Booster (PSB) - который был введен в эксплуатацию в 1972 году.
В 1976 году суперпротонный синхротрон (SPS) стал новым клиентом PS. Когда SPS начал работать в качестве коллайдера протонов - антипротонов - SppS - перед PS стояла двойная задача - генерировать интенсивный пучок протонов 26 ГэВ / c для генерирование антипротонов при 3,5 ГэВ / c для хранения в аккумуляторе антипротонов (AA), а затем ускорение антипротонов до 26 ГэВ / c для передачи в SPS.
линейный ускоритель, теперь обслуживающий PSB, был заменен в 1978 году на Linac 2, что привело к дальнейшему увеличению интенсивности. В этот период на сцену вышло ускорение ионов иона. Linac 1, который был заменен Linac 2, был оборудован для ускорения дейтронов, которые были ускорены в PS, и переведены в ISR, где они столкнулись с протонами или дейтронами.
Когда низкоэнергетическое антипротонное кольцо (LEAR ), предназначенное для замедления и хранения антипротонов, вступило в строй в 1982 году, PS возобновил новую роль замедлителя антипротонов. Он замедлял антипротоны от AA до 180 МэВ и вводил их в LEAR. За это время комплекс ПС по праву получил прозвище «универсальная фабрика частиц». Вплоть до 1996 года PS будет регулярно ускорять ионы для экспериментов с неподвижной мишенью SPS, протоны для Восточного Холла или производство антипротонов в AA, замедлять протоны для LEAR, а затем ускорять электроны и позитроны для Большого электронно-позитронного коллайдера (LEP ).
За время своей длительной работы PS увеличил свою протонную плотность в несколько раз. Чтобы обеспечить лептонами LEP, к системе пришлось добавить еще три машины. Комплекс ПС: линейный ускоритель электронов LIL-V, линейный ускоритель электронов и позитронов LIL-W и накопитель EPA (Electron-Positron Accumulator). Для модификации PS с протонного синхротрона на 25 ГэВ на лептонный синхротрон на 3,5 ГэВ потребовалось добавить небольшое количество дополнительного оборудования.
В течение этого периода также возросла потребность в более тяжелых ионах, которые должны были быть доставлены в качестве первичного пучка в Северный экспериментальный зал СПС (участок Превессен ). Ионы серы и кислорода были ускорены с большим успехом.
После окончания работы в качестве инжектора LEP, PS начал новый период подготовки к работе в качестве инжектора LHC и для новой фиксированной цели эксперименты. В восточной части страны начались новые эксперименты, такие как ОБЛАЧНЫЙ эксперимент. Комплекс PS также был реконструирован, когда область AA была заменена антипротонным замедлителем и его экспериментальной областью.
За счет увеличения энергии PSB и Linac 2, PS достигла рекордной интенсивности в 2000 и 2001 годах. В течение всего 2005 года PS была остановлена: радиационное повреждение вызвало старение основных магнитов. Магниты, изначально рассчитанные на срок службы менее 10 лет, превысили оценку более чем в четыре раза и прошли программу ремонта. Туннель был опорожнен, магниты отремонтированы, а машина перестроена. В 2008 году ПС начала работать как предакселератор LHC. Одновременно изменилась работа с ионами: LEAR был преобразован в накопительное кольцо - Low Energy Ion Ring (LEIR) - и PSB перестал быть ионным инжектором.
ТНВД устанавливается в туннеле, в котором температура регулируется с точностью ± 1 °. По окружности 628 метров расположены 100 магнитных блоков номинальной длиной 4,4 м, 80 коротких прямых секторов по 1,6 м и 20 прямых секторов по 3 м. Шестнадцать длинных прямых участков снабжены ускоряющими резонаторами, 20 коротких - четверными корректирующими линзами и 20 коротких - комплектами шестикратных и восьмеричных линз. Остальные прямые участки зарезервированы для станций наблюдения за пучком и устройств ввода, мишеней и выталкивающих магнитов.
Поскольку выравнивание магнитов имеет первостепенное значение, блоки монтируются на свободно плавающем бетонном кольце диаметром 200 метров. В качестве дополнительной меры предосторожности в бетонном кольце отлиты стальные трубы, по которым вода проходит через кольцо, чтобы поддерживать постоянную температуру в магнитах.
Используя пучок нейтрино, создаваемый пучком протонов от PS, эксперимент Гаргамель обнаружил нейтральные токи в 1973 году.
 | Викискладе есть материалы, связанные с протонным синхротроном. |
