Новый диагностический прибор для пучков одобрен для использования на Большом адронном коллайдере
Исследователи из группы QUASAR Университета Ливерпуля разработали новый прибор для диагностики пучков, который был одобрен для использования на Большом адронном коллайдере (БАК) — самом мощном в мире ускорителе частиц.
Новое устройство
Новое устройство, известное как монитор Beam Gas Curtain (BGC), решает одну из самых сложных задач в современной физике ускорителей: измерение свойств пучков частиц с очень высокой энергией без их нарушения.
Оно было одобрено для непрерывной работы (~2000 часов в год).
Разработка
Монитор BGC был задуман, разработан и усовершенствован в течение десятилетия в рамках группы QUASAR, входящей в состав физического факультета Университета и Института Кокрофта.
Профессор Карстен П. Вельш, руководитель группы QUASAR, руководил разработкой технологии почти 20 лет.
Он сказал: «Это огромное достижение для нашего сотрудничества. Видеть устройство, которое началось как концепция, исследованная несколькими поколениями наших аспирантов, теперь работающее в самом сердце БАК, — это поистине вдохновляет. Это демонстрирует силу долгосрочных инноваций, командной работы и настойчивости».
В статье, опубликованной в Physical Review Research, команда из Ливерпуля и их коллеги из GSI и CERN сообщают о первых в истории полноцикловых неинвазивных измерениях эмиттанса пучка на БАК с использованием метода Beam Gas Curtain.
Прибор работает путём создания сверхтонкого сверхзвукового слоя неонового газа — «занавеса», который взаимодействует с циркулирующим пучком протонов или ионов свинца. Возникающие слабые вспышки флуоресцентного света улавливаются сложной оптической системой, что позволяет получить точную информацию о размере и качестве пучка на протяжении всего цикла ускорения.
В отличие от существующих приборов, которые требуют специального времени на калибровку или прерывают нормальную работу, BGC может непрерывно контролировать профиль пучка и эмиттанс от инжекции при 450 ГэВ до максимальной энергии БАК в 6,8 ТэВ — и всё это во время проведения физических экспериментов.
Система прошла всесторонние испытания в Институте Кокрофта перед установкой в ЦЕРН. Её характеристики превзошли ожидания, обеспечивая высокоточные неинвазивные измерения как для протонных, так и для пучков тяжёлых ионов.
Профессор Вельш добавил: «Это достижение показывает, как инновации, основанные на университетских исследованиях, могут напрямую формировать инструменты, обеспечивающие работу крупнейших научных приборов в мире».
Система была тщательно испытана в Институте Кокрофта перед установкой в ЦЕРН. Её производительность превзошла ожидания, обеспечивая высокоточные неинвазивные измерения как для протонных, так и для пучков тяжёлых ионов.
«Наличие нашего монитора, теперь полностью интегрированного в повседневную работу БАК, — это настоящий момент воодушевления», — сказал доктор Хао Чжан, заместитель руководителя группы QUASAR. «Это кульминация многолетней работы, от исследований совместимости с вакуумом и оптического проектирования до интеграции программного обеспечения и ввода в эксплуатацию на месте».
С одобрением BGC в качестве постоянной части системы контроля пучков БАК открывается путь для внедрения подобных систем в других крупных исследовательских центрах, включая Европейскую лабораторию источников синхротронного излучения в Швеции, Электрон-ионный коллайдер в США и даже в медицинских ускорителях.
Physical Review Research, the Liverpool team and their GSI and CERN collaborators report the first-ever full-cycle, non-invasive beam emittance measurements at the LHC using the Beam Gas Curtain technique.»,»The instrument works by creating an ultra-thin, supersonic sheet of neon gas—a \»curtain\»—that interacts with the circulating proton or lead ion beam. The resulting faint flashes of fluorescence light are captured by a sophisticated optical system, revealing precise information about the beam’s size and quality throughout the full acceleration cycle.»,»Unlike existing instruments that require dedicated calibration time or interrupt normal operation, the BGC can continuously monitor the beam profile and emittance from injection at 450 GeV up to the LHC’s top energy of 6.8 TeV—all while physics experiments are running.»,»The system was tested extensively at the Cockcroft Institute before installation at CERN. Its performance has exceeded expectations, delivering high-precision, non-invasive measurements for both proton and heavy-ion beams.»,»The Physical Review Research paper shows that the results agree closely with independent LHC diagnostics such as the Beam Synchrotron Radiation Telescope and emittance scans at the ATLAS and CMS experiments.»,»\»Having our monitor now fully integrated into daily LHC operations is a real ‘wow’ moment,\» said Dr. Hao Zhang, Deputy Group Leader in the QUASAR Group. \»It is the culmination of years of development, from vacuum compatibility studies and optical design to software integration and on-site commissioning.\»»,»With the BGC now approved as a permanent part of the LHC’s beam instrumentation, it paves the way for similar systems in other major research facilities, including the European Spallation Source in Sweden, the Electron Ion Collider in the U.S., and even medical accelerator applications.»,»\»This achievement shows how university-based innovation can directly shape the tools that keep the world’s largest scientific instruments running,\» added Professor Welsch. \»It is a very proud moment for Liverpool and for all the students and researchers who contributed to this remarkable journey.\»»,»\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tUniversity of Liverpool\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t»,»\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t «]’>Источник