Vakuový systém urychlovače LHC Overall view of the LHC experiments. 50 - 150 m pod zemí, délka 27 km home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 1/29 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 • 700 MB/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 2/29 horne. web.cern.ch/topics/large-hadron-collider □ Vakuová fyzika 2 3/29 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 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider □ Vakuová fyzika 2 4/29 ALIGNMENT TARGET MAIN QUABRUPOLE BUS BARS HEAT EXCHANGER TUBE SUPERIN3ULATI0N SUPERCONDUCTING COILS BEAM TUBES SHRINKING CYLINDER / HE 11-VESSEL IRON YOKE VACUUM VESSEL THERMAL SHIELD AUXILIARY BUS BARS AUSTENITIC STEEL COLLARS BEAM SCREEN IRON INSERT INSTRUMENTATION 1VIRES FILLER PIECE DIFOLE BUS BARS SUPPORT POST home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider □ s = Vakuová fyzika 2 5/29 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 Nuclear scattering Gas density (m") Pressure (Pa) at 5 K, cross section(cm') for a 100 hour lifetime for a 100 hour lifetime H2 9.5 10'6 9.810 14 6.710s He 1.2610 35 7.410 14 5.110 3 CH4 5.6610"25 1.610 14 1.110s H20 5.65 10"2S 1.610 14 1.110s CO 8.54 10 °5 1.110 14 7.510"9 CO, 1.32 10 14 7 1013 4.910"9 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuova fyzika 2 7/29 průměr asi 45 mm, 1 mm nerez ocel + 75 /im Cu, 5 - 20 K home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 8/29 Cold Bečím elektrický odpor 0,1 míž home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 9/29 Screw & Spring wŕi eher Copper transition tube Upstream flange RF-sontact strips coaling \t i m Indrům brazed Flug-ln module íríntitiůn tub* RF bellows Rhodium costing 3 RF contact Gold coating S um Screw &. Spring washer RF*ccmlact transition flange Downstream Hange RF-eoritact slrips coating 5 m Indium biased home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 10 / 29 Figuře 12.7: Details of a cold-to-warm tratisition Vakuová fyzika 2 11 / 29 Figure 12.8: Standard layout of the RT beam vacuum system between two ciyostats. home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 12 / 29 Figure 12.10: Layout of the RT beam vacuum system at right of IR point 2 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 13 / 29 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 Vakuová fyzika 2 14 / 29 4^0 3E0 3L0 2E0 2 = 0 IE D I u0 50 ■non coated carts ■gauges and RGAs ■NEG coated C u chambers dsgass no cisuoes. RGAs flash pum ps 2 4h start SIPs {press K r < 1x1 D""Wrl ID 3D 40 time (hrs \ 50 60 70 —i 80 Figure 12.13: Proposed bake-out cycle with NEG activation home.web.cern.ch/topics/large-hadron-colliderAktivace NEG getrů Vakuová fyzika 2 15 / 29 1 .OE-05 1 OE-06 .Q E in cl 1.0E-07 1 OE-OB — Pressure profile a Position of Ion pumps Beam Stay Clear [+/- 5 mm tol.) — Chamber diameter (mm) 1ŮŮŮŮŮŮŮŮŮ ů i A ů ů ů ů 600 - 500 G -i—i—i—i—i—i—i—r-10000 20000 t-1-1-1-1-1-1-1-r- 30000 40000 -i-1-1-r- 400 E E -- 300 (b U >• (b -i—■ C/l E k5 200 g 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 downstrearn of the diluters (MKB) down to the dump (TDE). home.web.cern.ch/topics/large-hadron-colliderVýstupnf část urychlovače Vakuová fyzika 2 16 / 29 Table 12.3: Main characteristics of tlie insulation vacuum sectors Cryomagnet QRL Volume (in3) 80 85 Length (m) 214 428 ML I (nr/m) 200 140 Sectors per arc 14 7 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-colliderVakuum pro kryomagnety a He rozvody. Figure 11.4 Thermo dynamic states of helium in theLHC cryogenic system home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider 300 — sector_in — sector_out ©—d Tm a x *— limit 5 6 7 8 Time [day] 9 10 11 12 13 Figure 11.12: Normal cool-down from 300 K to 4.5 K of LHC sectors home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 19 / 29 —x—Normal operation 0 10 20 30 40 Time [hour] Figure 11.13: Magnet filling and cool-down down from 4.5 K to 1.9 K home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider me.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 21 / 29 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 1 1 www.osel.cz/index.php?clanek=4144 Vakuová fyzika 2 □ Odkazy na www http: //Ihc.web.cern.ch/lhc/ http: //www.osel.cz/index.php?clanek=4144 http: //www.czechnationalteam.cz ITER www.iter.org Vakuová fyzika 2 □ 26 / 29 Pump casing <- L s 3.3 m http: //www.iter.org Vakuová fyzika 2 27 / 29 Divertor cooling lines Double bellows between cryostat and Vacuum Vessel Valve shaft to move valve ahead Valve actuator http: //www. iter.org Vakuová fyzika 2 28 / 29 ITER potřebný tlak ~ 10"b Pa, komora: 840 m3 plazma, objem 1400 m3 , kryostat, celkem ~ 8500 m3 na komoře 6 kryo-vývěv (4,5 K), 4 čerpají, 2 regenerace - 10 min., 100 K na kryostatu a porn. zařízeních dalších 6 vývěv sorbent: aktivní uhlí, 20 let výzkum - kokosové ořechy, Indonésie (2002) nej větší celokovový ventil první plazma 2025 ?, původní plán 2016 □ {3