В CERN состоялось официальное открытие нового линейного ускорителя — Linac 4, первого нового ускорителя CERN с момента открытия Большого адронного коллайдера.

Он станет первым элементом ускорительного комплекса БАК высокой светимости (HL-LHC), открытие которого запланировано на середину 2020-х годов. Установка будет ускорять гидрид-ионы до энергий в 160 мегаэлектронвольт перед переносом в протонный бустер. В создании Linac 4 участвовали российские физики и инженеры из Снежинска (ВНИИТФ) и Новосибирска (ИЯФ им. Будкера). Ускоритель будет подключен к системе коллайдера в 2019-2020 году, во время следующего длительного техобслуживания. Об этом сообщает пресс-релиз CERN.

Для разгона протонов до современных энергий БАК — 6,5 тераэлектронвольт — требуется несколько ускорительных установок. На первом этапе водород из обычной емкости (газового баллона) попадает в камеру линейного ускорителя Linac 2. Там с помощью мощного электрического поля атомы водорода разделяют на протоны и электроны. Затем протоны перемещаются в основную камеру, где с помощью электрического поля радиочастотных резонаторов они начинают разгон. Linac 2 сообщает протонам кинетическую энергию 50 мегаэлектронвольт, это менее пяти процентов их энергии покоя. Затем частицы попадают в протонный бустер (PSB), где происходит разгон до 1,4 гигаэлектронвольт на кольцевых траекториях. Эта энергия уже в полтора раза больше массы покоя протона. Следующие этапы: протонный синхротрон (25 гигаэлектронвольт), протонный суперсинхротрон (450 гигаэлектронвольт) и, лишь потом, Большой адронный коллайдер.

От синхронизации всей цепочки ускорителей и точности их работы зависит работа экспериментов БАК. Так, уже на этапе линейного ускорителя формируется плотность и интенсивность сгустков протонов, которые попадут в БАК. Чем больше эта плотность, тем больше оказывается вероятность столкновения частиц в точках, где пересекаются траектории пучков. Это позволяет фиксировать большее количество столкновений и получать больше научных данных — быстрее набирать статистику для поиска новых частиц и редких процессов. В проекте HL-LHC, Большого адронного коллайдера высокой светимости, ожидается поднять современную светимость в десять раз. Подробнее о понятии светимости можно прочесть здесь.

Для этого требуется модернизировать все основные ускорительные системы, в частности, Linac 2. Именно на смену ему придет Linac 4. На строительство установки потребовалось 10 лет, лишь в ноябре прошлого года она вышла на проектную энергию разгона — 160 мегаэлектронвольт. Это в три раза выше, чем энергия Linac 2. 

Физически Linac 4, как и другие линейные ускорители, представляет собой цилиндрический проводник, внутри которого перемещаются частицы. Заряд разных участков проводника управляется радиочастотными резонаторами — с их помощью ученые добиваются того, чтобы область проводника за заряженной частицей отталкивала ее вперед, а область перед частицей — притягивала к себе. Траектории частиц удерживаются в узком пучке с помощью небольших квадрупольных магнитов. Общая длина Linac 4 составляет 90 метров, он находится на глубине 12 метров под землей.

Вместо протонов Linac 4 ускоряет гидрид-ионы — протоны, окруженные двумя электронами. В сумме такие частицы несут отрицательный заряд. Сейчас системы инжекции протонов в синхротрон на основе гидрид-ионов используются почти во всех подобных ускорителях, непосредственно протоны ускоряют перед инжекцией лишь в Linac 2 и на ускорителе в Протвино. Системы с гидрид-ионами гораздо легче контролировать. Это позволяет избежать потерь при инжекции частиц в следующую ступень ускорителя и добиться большей плотности пучков, в частности, удвоить яркость пучка в протонном бустере.

Linac 4 подключат к основному комплексу ускорителей во время длительного перерыва на техобслуживание, который состоится в 2019-2020 годах. Уже с 2021 года он поможет наращивать светимость Большого адронного коллайдера.

Это уже четвертый по счету линейный ускоритель в CERN. Первый прибор такого рода, Linac 1, был запущен в 1958 году. Он ускорял как легкие частицы — протоны и дейтроны, так и более тяжелые атомы кислорода или серы до энергий порядка 50 МэВ. В 1978 году для ускорения протонов был построен Linac 2, а в 1992 году для тяжелых ионов был построен Linac 3 — именно он обеспечивает ускорение ядер свинца для экспериментов ALICE.

Владимир Королёв

Источники

Сработали "под ключ"
Российская газета, 11/05/2017
Сработали "под ключ"
Российская газета # Москва, 11/05/2017
Мощность Большого адронного коллайдера увеличат
Российская газета (rg.ru), 10/05/2017
В CERN открыли новый ускоритель частиц
Nanonewsnet.ru, 10/05/2017
Мощность Большого адронного коллайдера увеличат
Новости@Rambler.ru, 10/05/2017
В CERN открыли новый ускоритель частиц
N+1 (nplus1.ru), 10/05/2017
В CERN открыли новый ускоритель частиц
Wi-fi.ru, 10/05/2017
Сработали "под ключ"
Россия - Ноев ковчег (rnk-concept.ru), 11/05/2017

Похожие новости

  • 06/04/2017

    Германия выделит новосибирским ученым-ядерщикам 30 миллионов евро на совместные научные разработки

    Один из примеров сотрудничества - проект рентгеновского лазера, успешно развивающийся  в Гамбурге. Это оборудование, которое сможет помочь изучить структуру любого вещества одним пучком света, было изготовлено в столице Сибири.
    451
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    388
  • 25/10/2016

    Экспериментальная установка покажет, как бороться с перегревом термоядерного реактора

    Ученые Института ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН), Московского энергетического института (НИУ МЭИ) и ОИВТ РАН создали экспериментальный стенд РК-3, на котором будут проводиться исследования гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в условиях ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и других термоядерных реакторов-токамаков.
    619
  • 13/10/2016

    В ЦЕРН прошли испытания ускоряющие структуры нового инжектора для Большого адронного коллайдера

    В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) прошли успешные испытания одной из секций линейного ускорителя ионов Linac-4 – нового инжектора для Большого адронного коллайдера. В ходе проверки достигнут проектный темп ускорения и энергия 100 миллионов электрон-вольт.
    716
  • 10/03/2017

    В ИЯФ СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE

    ​В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE, на котором обсуждается новый принцип ускорения заряженных частиц, использующий плазму и протонный пучок.
    461
  • 07/03/2017

    9 марта 2017 года в Институте ядерной физики СО РАН состоится пресс-конференция, посвященная эксперименту AWAKE

    ​Уважаемые коллеги! Приглашаем вас на пресс-конференцию, посвященную эксперименту AWAKE, целью которого является проверка нового принципа ускорения заряженных частиц. В конце прошлого года коллаборация AWAKE получила первые впечатляющие результаты, о которых вы сможете узнать 9 марта от представителей ЦЕРН и нашего института, который участвует в этом проекте.
    560
  • 10/01/2017

    Физики опровергли открытие следов тяжелой темной материи

    ​Повторная проверка результатов эксперимента DAMA/LIBRE опровергла открытие следов сверхтяжелой темной материи, об обнаружении которой итальянские ученые заявляли в 2011 году, говорится в статье, опубликованной в электронной библиотеке arXiv.
    411
  • 21/01/2017

    Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах охладили до 2 Кельвина (-271°С)

    В Германии завершен один из этапов ввода в эксплуатацию линейного ускорителя крупнейшего научного проекта European XFEL (European Х-ray Free Electron Laser). Более чем 1,5-километровый линейный ускоритель XFEL охладили до температуры 2 кельвина.
    427
  • 30/06/2017

    Рентгеновский лазер XFEL: мощный, быстрый, европейский

    ​27 000 импульсов в секунду - такая высокая частота повторения делает рентгеновский лазер XFEL уникальной установкой. 100 фемтосекунд - столь короткая продолжительность импульса (одна десятитриллионная доля секунды) открывает новые возможности для изучения химических и биологических систем.
    156
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    348