ラン 3 に向けて心強いスタート

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マイク・ラモント著

Mike Lamont はアクセラレータおよびテクノロジー担当ディレクターです

2022 年 8 月 31 日

困難な時期に、CERN の加速器複合体が完全に稼働し、ISOLDE および HIE-ISOLDE、n_TOF、AD-ELENA、東エリア、北エリア、AWAKE、HiRadMat、CLEAR の実験に物理学が提供され、再び稼働しているのを見るのは心強いです。そしてもちろん、LHC（現在は予定外の一時停止にもかかわらず）、そしてテストビームと照射施設で行われている素晴らしい仕事。

LHC 側では、ビームによる大規模な再稼働に続き、ヒッグス粒子発見 10 周年を祝った翌日に検出器との最初の衝突が発生しました。 最初の安定したビームの後に、インターリーブされたコミッショニングと強度のランプアップの期間が続きました。 毎年、ビームあたりのバンチの数は段階的に慎重に増加し、所定の構成で指定された時間/充填回数が経過した後に機械保護パネルによる承認が行われます。 今年、LHC は 5 週間半でビームあたり 72 から 315、603、987、1227、1551、1935、2173 に増加し、その後 2413 バンチに増加し、最初の 1227 バンチの充填は 29 日に行われました。予定より数日早い7月。 途中でよくある問題が混在していたにもかかわらず、順調に進捗し、8月12日までに2440房を達成した。

経験上、3 年間の閉鎖後のビームでの運用の最初の 1 年は、少々不安定になる可能性があることがわかっています。 予測される課題には、現在 6.8 TeV で動作している機械による追加の主双極子トレーニング クエンチ、電子雲、未確認落下物体 (UFO) が含まれます。

真空チームは、ビームスクリーンが完全に劣化し、電子雲削減キャンペーンをゼロからやり直す必要があることを予期していました。 完全なスクラビング プログラムにより、当初非常に高かった電子雲を許容可能なレベルにまで引き上げることに成功し、長時間にわたる高強度の物理実験中にさらなる調整が予見されました。 ここで重要な問題は、極低温システムへの電子クラウドの熱負荷、つまり LHC が処理できる最大強度の実際の運用上の制限です。

2015 年の本当の厄介者である UFO も、LS2 後に再び大量に出現すると予想されていました。 これは確かに事実であることが判明しましたが、幸いなことに、それらはすぐに状況が落ち着き、現在では発生頻度は低くなりました。 依然として時折の早期ダンプの原因となっていますが、ビーム損失閾値を注意深く管理しているおかげで、衰弱はしていません。

並行して、大規模で複雑なアクセラレータ システムの必要な再構築とデバッグが行われてきました。 最近の可用性は、実行 2 の終了時に達成された素晴らしいレベルに比べて中程度です。

光度のパフォーマンスは驚異的です。 インジェクター アップグレード プログラム (LIU) 中に行われた改良のおかげで、インジェクターは横方向のビーム サイズが小さく、高品質のビームを供給してきました。 LHC の十分に確立された手順と優れたパラメータ制御により、ビームの可能性を最大限に活用することが可能になりました。 現時点では、運用チームは依然として名目上のバンチ強度で作業を行っていますが、まだ行使されていない大幅に高い強度に達する可能性があります。 優れたパフォーマンスは、多くの努力だけでなく、理解、ツール、機械開発、加速器物理学、計測器や横方向フィードバックなどの加速器システムへの継続的な投資の証拠です。

LHC は大幅に高くなる可能性がありますが、Run 3 のピーク光度は、光度デブリからの熱負荷により約 2e34 cm-2 s-1 に制限され、超電導内部三重項磁石に影響を与えます。 光度は、横方向の変位または相互作用点でのビーム サイズの変更によって制限されます。 洗練された新しい操作ツールが導入され、安定したビームでビーム サイズを緩やかに縮小し（ベータ* レベリング）、輝度レベルを可能な限り長く最大値に維持します。

適度な可用性とある程度のロングフィルにより生産率は良好で、8 月 23 日までに 11 機の fb-1 が ATLAS に納入されました。 ただし、光度曲線が高い値を指している場合は、絶対に外挿しないでください。アクセルの神様を怒らせることになります。 私たちは訓練のクエンチ、UFO、電子雲の熱負荷、システムのデバッグを予見していましたが、実際、8月23日に大きな問題に見舞われました。

冷却塔制御の問題により、ポイント 4 の極低温システムが一時的に停止しました。ここで、極低温システムは磁石だけでなく超伝導 RF 空洞も冷却します。 この事故の後、RF クライオモジュール内の液体ヘリウムが加熱されて蒸発し、モジュール内の圧力が上昇しました。 この状況は予測されており、圧力が特定のレベルを超えた場合にはリリースバルブが設置されており、RF キャビティへの損傷を避けるために慎重に設定されています。 リリースバルブは、リリースバルブの開放を引き起こす圧力よりも高い圧力で開くように設計された薄いグラファイト「バーストディスク」によってバックアップされています。

8月23日、放出バルブは設計通りに開きました。 残念ながら、その後数分間で 3 つのバースト ディスク (16 枚中) が設計値を下回って開きました。 対策本部はすでに設置されており、今年初めの同様の事件を受けて詳細な調査を実施していた。 来る年末の技術停止に向けて緩和策がすでに計画されていた。

バーストディスクが吹き飛ばされるとモジュールが空気に開放され、キャビティから湿気を洗い流すために 10 日間のウォームアップが必要となり、その後、クールダウンしてキャビティを再調整する必要があります。 回復期間の終わりは、計画されている 5 日間の技術停止と重なっており、9 月後半にはビームでの活動に戻ることを期待しています。

極低温チームは LHC のエネルギー節約モードを開発し、1 日以内にアクティブなユニットの少ない構成に切り替えることができ、約 9 MW を節約できます。 このモードは、システムの冷却能力をすべて必要としないビーム試運転期間およびイオン実行中に使用されます。 このモードは、RF 回復の間、ただちに導入されました。

RF インシデントにもかかわらず、LHC と実際に加速器複合施設全体のパフォーマンスは非常に心強く、生産的な Run 3 の良い前兆です。これらの数十年前のマシン (PS は今年 63 台です!) と関連施設が引き続き使用されることは、能力の限界で驚異的な物理スペクトルを実現できることは、関係者全員の継続的な献身、献身、創意工夫の証です。