LINAC4

Achegándonos ao LHC

LINAC4 brevemente

O obxectivo do Linac4 (160 MeV) é reemprazar o Linac2 (50 MeV) como inxector no PS Booster (PSB). O novo linac permitirá incrementar o intensidade do feixe de protóns no PSB nun factor de 2, facendo posible unha mellora na inxección no LHC e daquela unha incremento da luminosidade deste Gran Colisor de Hadróns.

O proceso de reemprazo do acelerador Linac2 polo Linac4 está planeado durante a longa parda do LHC en 2019-20. Trátase dun importante fito no proxecto de incrementar a luminosidad do LHC na nova década.

Linac4 está localizado nun túnel a 12 metros de profundidade conectado ao PSB mediante unha liña de transrferencia. O edificio en superficie alberga o equipamento de Radio Frecuencia, os suministros de potencia eléctrica, os dispositivos electrónicos e outras infraestruturas.

Bombona de Hidróxeno

Un átomo de Hidróxeno contén un protón e un electrón. Podemos arrancar ese electrón e acelerar o protón que constitúe o núcleo dese átomo. Precisamente, isto é o que acontece no LINAC2, que é a primeira etapa na cadea de aceleración do LHC. Realmente, sendo máis precisos, o linac non é exactamente a primeira etapa, pois necesítase unha fonte de partículas cargadas e un sistema de inxección que introduza esas partículas no linac.

No canto de crear protóns desde átomos de H, podemos engadir un electrón obtendo un ión hidruro H- . Todo comeza extraendo o electrón do H que será dirixido cara un cátodo que leva cesio (un átomo con baja energía de ionización). Isto fai que o protón acabe por atraer a dous elctróns formándose o ion H-

Fonte de ions H-

 


Dada a carga negativa do ión hidruro saen repelidos da superficie do cátodo para ser extraídos finalmente da fonte de ions en pulsos de  400 μs, formándose un feixe do que se retiran os electróns(que foron previamente extraídos na etapa de formación dos protóns) utilizando un pequeno imán que separa os dous tipos de especies negativas (e- e H-) por seren de moi diferente masa.

Os ions H- saen desta fonte cunha enerxía de 45 keV e ao través da liña do LINAC4 de 86 m [Radio Frequency Quadrupole, Chopper line, un Alvarez Drift Tube Linac (DTL), Cell-Coupled Drift Tube Linac (CCDTL) e a Pi-mode structure (PIMS)], adquirirán 160 MeV de enerxía final.

LINAC4 - 3 MeV BEAM LINE


LINAC4 -  BEAM LINE


Basicamente, o Linac4 traballa do mesmo xeito que un acelerador lineal. Usa cavidades de Radio Frecuencia (RF) onde se cargan conductores cilíndricos. Os ions pasan a través dos dispositivos conductores que cambian alternativamente de positivo a negativo, sendo a frecuencia de cambio de 352,2 MHz. Primeiro atraen aos ions negativos (H-) e a continuación os repelen impulsándolos cara adiante. Pequenos cudarupolos magnéticos aseguran que estes ions formen feixes compactos. Segundo as partículas se achegan a velocidade da luz a súa enerxía vaise convertendo en masa.

A arquitectura básica do Linac4 móstrase de seguido:


Os ions H- chegan ao PSB e únense aos protóns que xa circulan neste primeiro acelerador circular formando paquetes compactos. Despois, os dous electróns que conforman o ion hidruro son extraídos mediante unha delgada folla de carbón. Desta maneira, o feixe que xira no PSB está conformado por protóns, e unha nova remesa de H- llega del Linac4 para repetir el ciclo. Deste xieto, máis partículas son acumuladas nos paquetes de protóns, sendo máis eficientes que os Linac2

Linac 4 está progamado para se converter na fonte de protóns para o Large Hadron Collider despois da longa parada técnica en 2017-18. Este é o primeiro paso no proxecto de incremento de luminosidade do LHC na vindeira década. 


Algo de Física no LINAC4...


Os principais parámetros do Linac4 son:


Ion 

H-

Enerxía de salida

160 MeV

Radio Frecuencia 

352.2 MHz

Ritmo de repetición de pulsos

2 Hz

Duración do pulso

400 microsec

Esquema do "chopping"

222/133 paquetes transmitidos/buckets vacíos

Corrente media do pulso

40 mA

Potencia do feixe

5.1 kW

N. partículas por pulso

1.0·1014

N. partículas por paquete

1.14·109

Emitancia transversal do feixe

0.4 pmm mrad (rms)

  


Calculemos a potencia do feixe:

(Nº Partículas por pulso) x (Enerxía de saída) x (Repetición de pulsos)

(1014 partículas/pulso) x (160·106 eV/partícula) x (1,6·10-19 J/eV) x  (2 pulsos/s)

Beam power = 5100 J/s = 5,1 kW

Agora calculemos a Corrente media do pulso:

(Nº Partículas per pulso) x (Carga eléctrica/partícula) / (Duración do pulso)

(1014 partículas/pulso) x (1,6·10-19 Culomb/partícula) / (400·10-6 s/pulso)

Corrente media do pulso = 0,04 A = 40 mA


(O noso especial agradecemento a MAURIZIO VRETENAR - LINAC4 Project Leader )

Máis información:

LINAC4 PROJECT

STATUS OF LINAC4, Nov 2013 

LINAC4 ISWP review, Nov 2013

LINAC4 COMPLETADO Maio 2017

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL

 


NOTA IMPORTANTE

Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···