Развивается технология электронных линз для чистки пучков на LHC

Рабочий цикл Большого адронного коллайдера включает в себя технически важный этап — чистку пучков. Пучки протонов, которые первоначально впрыскиваются в ускорительное кольцо коллайдера, еще слишком «грязные». Они содержат широкое гало — отбившиеся от основной массы протоны, которые «вихляют» туда-сюда внутри вакуумной трубы. Такие пучки сталкивать еще нельзя, поскольку гало тут же повредит чувствительную аппаратуру. Пучки чистят именно для устранения гало.

Сейчас чистка пучков осуществляется с помощью коллиматоров — специальных массивных блоков, которые пододвигаются вплотную к пучку и поглощают протоны из гало. Это небезопасная операция. Попавшие в коллиматоры протоны выбивают ливни новых частиц, которые приходится поглощать вторичными и затем третичными коллиматорами. Всё это создает очень большую радиационную нагрузку на аппаратуру, и чем сильнее идет чистка, тем больше доза облучения. В 2012 году, когда требования к чистке пучков на LHC были очень высокими, примерно 40 циклов работы (по несколько часов каждый) были потеряны именно потому, что возникшая при чистке радиация привела к срабатыванию системы безопасности и автоматическому сбросу пучка.

В этой ситуации неудивительно, что физики и техники разрабатывают новые эффективные и безопасные системы для чистки пучков, которые придут на смену традиционным коллиматорам. Мы уже рассказывали про одну такую технологию на основе изогнутых кристаллов. Но есть и конкурирующие методики. Одна из них — это полые электронные линзы. Про нынешнее состояние этой технологии рассказывает подробная статья, появившаяся на днях в архиве е-принтов.

Полая электронная линза — это поток низкоэнергетических электронов, который в форме цилиндрической оболочки окутывает протонный пучок на коротком участке ускорителя. Поток электронов создает магнитное поле, которое сильнее всего действует именно на протонное гало. Это поле как бы дефокусирует пучок — аккуратно выводит гало в стороны, не трогая протоны в центральном пучке (поэтому-то он и называется линзой). Такой метод чистки наводит гораздо меньше радиации на аппаратуру, позволяя снизить высочайшие требования к ее радиационной стойкости.

Электронные линзы уже были опробованы на Тэватроне для других задач. Сейчас разрабатывается технология их использования и на LHC. Если все пойдет по плану, то в этом году будет представлен подробный технический проект, а в 2015–2017 годах будут изготовлены и протестированы полностью рабочие образцы. Если их работа будет признана удовлетворительной, коллиматоры на электронных линзах могут быть установлены на LHC во время следующего периода модернизации коллайдера, который намечен на 2018 год.