Vakuový systém urychlovače LHC Overall view of the LHC experiments. 50 - 150 m pod zemí, délka 27 km 1 1home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 1/25 LHC • 8 - oblouků a 8 rovných částí • sektor je část urychlovače mezi středy rovných úseků • 7 TeV - energie protonů, spotřeba LHC celková 120 MW • magnetické pole max. 8,33 T • 11245 oběhů za 1 s • supravodivé magnety z NbTi • kryo-systém - 120 t He • 700MB/s dat ze všech experimentů • náklady asi 3 miliardy EUR ~ 80 miliard Kč ~ 4,5 miliardy USD ■v • 1500 PC z CR počítalo simulace pro uložení magnetu Vakuová fyzika 2 2/25 horne. web.cern.ch/topics/large-hadron-collider □ Vakuová fyzika 2 3/25 Jumper connection Helium ring line Warm helium recovery line Cryogenic distribution line [ORIJ LHC machine cryostat Figure 11.1: Transverse cross-section of the LHC tunn íl 3 home. web.cern.ch/topics/large-had ron-col I ider Vakuová fyzika 2 □ 4/25 -ALIGNMENT TARGET MAIN QUADRUFOLE BUS BARS HEAT EXCHANGER TUBE SUPERIHSULATION SUPERCONDUCTING COILS BEAM TUBES SHRINKING CYLINDER / HE Il-VESSEL IRON YOKE VACUUM VESSEL THERMAL SHIELD AUXILIARY BUS BARS AUSTENIT1C STEEL COLLARS BEAM SCREEN TRON INSERT INSTRUMENTATION >V1RES FILLER PIECE DIFOLE BUS BARS SUPPORT POST ALL DIMENSIONS AT (ess**} home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider 4 □ ► Vakuová fyzika 2 5/25 Vakuové systémy: • kryomagnety - sektory s délkou 214 m, teplota 1,9 K • He-rozvody - sektory s délkou 428 m • urychlovač - různé délky sektorů, délka přibližně 2900 10"8 - 10"9 Pa GAS H: He CH4 H:0 CO CO. Nuclear scattering cross section (cm2) 9.5 10"26 1.2610"25 5.6610 35 5.65 10~2S 8.5410 25 1.32 10"24 Gas density (m3) for a 100 hour lifetime 14 Pressure (Pa) at 5 K, for a 100 hour lifetime 9.810 7.410 1.610 1.610 1.110 7 10 14 14 14 14 13 6.710 5.110 1.110 1.110 7.510 4.910" -8 -8 -9 home. web. cem.ch/topics/large-hadron-collider 9 = 5 Vakuová fyzika 2 Cooling tube 'Saw teeth"^ Copper laver Pumping slot shield Pumping flints Sliding ring Longitunal weld Beam screen tube průměr asi 45 mm, 1 mm nerez ocel + 75/im Cu, 5-20 K 6 home. web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 Cold bore Beam lines movable Beam screen Cooling tube exit pieces Plug-in module Beam lines fixed Cooling tubes elektrický odpor 0,1 mQ 7 7home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 9 / 25 Screw & Spring w^fehGť Copper transition tube Upstream flange RF-sontact strips coming ~* i iTi Indium brazed Flug-ln mod um ira nation tub* Rhodium C DÜ tin g 3 . rn RF-contact Gold Coating 5 urn Screw & Spring washer RF-corilact transition flange Downstream Hange RF-contaetSlrEps coaling 5 m Indium tir&ied 8 8 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider < □ ► Vakuová fyzika 2 10 / 25 Figuře 12.7: Details of a cold-to-warm tratisition Vakuová fyzika 2 11 / 25 Figure 12.8: Standard layout of the RT beam vacuum system between two cryostats. 10 10 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 12 / 25 Figure 12.10: Layout of the RT beam vacuum system at right of IR point 2 11_ 11home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 4 U k < 13 13 / 25 mobilní čerpací stanice trubice urychlovače - kryogenní výveva části na pokojové teplotě - N EG getr - TiZrV, iontové vývevy asi po 28 m manometry v každém sektoru - lx Pirani, 2x ionizační se studenou katodou, lx ionizační se žhavenou katodou analyzátor plynu (hmotový spektrometr) na mobilní čerpací jednotce + další manometry 4£0 3E0 2E0 2:0 IE 0 ILD 50 -non coated parts ---gauges and PGAs -NEG coated C u chambers degassing gauges, RGAs flash pumps 2 4h start SIPs {press K r < 1x1 D"1[W0 ID 2D 3D 40 time (hrs f SD 60 ■0 80 Figure 12.13: Proposed bake-out cycle with NEG activation 12 Aktivace NEG getrů 12 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 15 / 25 1 OE-05 1 OE-06 .Q E in (ľ cl 1.0E-Ü7 1 OE-08 — Pressure profile a Position of Ion pumps Beam Stay Clear [+/- 5 mm tol.] — Chamber diameter (mm) lůůAůůůůůi ů i A i ů ů ů :] -i—i—i—i—i—i—i—r-10000 20000 T-1-1-1-1-1-1-1-T" 30000 40000 -i-1-1-1-1-1-r~ 600 500 400 E E - 300 O as -i—■ U) E 200 * - 100 50000 60000 Position along the line after MKB (mm) Figure 12.15: Pressure profile, distribution of ion pumps, vacuum chamber diameters and beam stay clear along the beam dump line starting downstream of the diluters (MKB) down to the dump (TDE). 13 Výstupní část urychlovače 13 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 16 / 25 Table 12.3: Main characteristics of the insulation vacuum sectors Cryomagnet QRL Volume (in3) 80 85 Length (m) 214 428 ML I (mJ/m) 200 140 Sectors per arc 14 7 Vakuum pro kryomagnety a He rozvody. home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 17/25 I Figure 11.4 Thermo dynamic states of helium in theLHC cryogenic system 15_ 15home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuova fyzika 2 18/25 300 sector_in sector_out dTmax limit 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Time [day] Figure 11.12: Normal cool-down from 300 K to 4.5 K of LHC sectors 16 16home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 19 / 25 —x—Normal operation 0 10 20 30 40 Time [hour] Figure 11.13: Magnet filling and cool-down down from 4.5 K to L9 K home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuovä fyzika 2 20 / 25 18 18 home. web.cern.ch/topics/large-hadron-collider □ Vakuová fyzika 2 21 / 25 Nehoda na LHC 19.9.2008 vadné propojení mezi dvěma magnety, sektor 3-4 při zvyšovaní proudu magnetem na hodnotu 8,7 kA, provozní proud 9,3 kA rekonstrukce asi 700 m urychlovače ztráta asi 6 t He □ {3 19 19 www.osel.cz/index.php?clanek=4144 □ Vakuová fyzika 2 23 / 25 Odkazy na www http: //Ihc.web.cern.ch/lhc/ http: //www.osel.cz/index.php?clanek=4144 http: //www.czechnationalteam.cz