LS1 Report: antimatter research on the starting blocks
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The consolidation work at the Antiproton Decelerator (AD) has been very intensive and the operators now have a basically new machine to “drive”. Thanks to the accurate preparation work still ongoing, the machine will soon deliver its first beam of antiprotons to the experiments. The renewed efficiency of the whole complex will ensure the best performance of the whole of CERN’s antimatter research programme in the long term.
The consolidation programme at the AD planned during LS1 has involved some of the most vital parts of the decelerator such as the target area, the ring magnets, the stochastic cooling system, vacuum system, control system and various aspects of the instrumentation. In addition, the programme also included the installation of a brand new beam line for the new BASE experiment. “The programme has been prompted by the starting of the Extra Low ENergy Antiproton ring (ELENA) project – the upgrade that is planned to be operational in 2017,” explains Tommy Eriksson, member of CERN’s Beams Department and expert in charge of the AD Operations. “Because ELENA is coming up, we have to make sure that the AD will also be able to operate efficiently for the 20 years to come! LS1 was the first period during which we could carry out major consolidation work although urgent consolidation work had already taken place in recent years.”
A lot of work was carried out in the target area. The AD target area is a secondary beam production zone, where antiprotons are produced, collimated and momentum-selected to prepare for their injection into the decelerator, where their energy is reduced to the level requested by the experiments. The antiprotons are produced by using the 26 GeV/c proton beam extracted from the Proton Synchrotron (PS). “The AD target area was designed 30 years ago for a high repetition rate of one proton pulse every 2.4 seconds,” says Eriksson. “Presently, we use it at a repetition rate of 90 seconds and this has meant that the components have worn out more slowly. Although the target has been running extremely well since installation, at the beginning of LS1 we found a very serious problem in the transmission line for the electric pulse that goes into the magnetic horn – a device used to focus the diverging anti-proton beam.” As a result, an urgent repair programme was established by TE, EN and BE department specialists, to replace the transmission line and magnetic horn chariot. While repairing the damaged components in the target area, the teams also renovated and improved the transport system including remote manipulation and monitoring.
Installed right in the heart of the decelerator ring, the dipole magnets also required a lot of attention from the experts in charge of the AD consolidation programme. “One of the 20-tonne bending magnets was taken out of the ring and opened up for the first time in thirty years. The coils were in good condition but the shimming that holds the coils had been completely transformed into dust. Of course, this meant that we had to rebuild it all,” says Eriksson.
The consolidation programme for LS1 was completed at the end of July and the first beam was sent to the target on 5 August. Debugging, adjustments and fine-tuning are being carried out to deliver antiproton beams to the experiments. While they will be running, the technical teams will continue to work on the upgrades planned during the machine shutdowns and the future LS2.
| Did you know? Although it started operations for the antimatter programme in 2000, the AD has almost 30 years of running as it reuses almost entirely the components and configuration of an older machine - called the Antiproton Collector (AC) – built in 1986. The collector was converted into the decelerator we have today in order to deliver lower energy antiprotons, as required by the present experiments. |
| Meanwhile, elsewhere... At the LHC, the electrical quality assurance (ELQA) tests being carried out before cooling are almost complete in all sectors, with the final stages in sector 4-5 on course for completion next week. These tests have allowed non-conformities to be identified in two sectors, which have now been corrected. Sector 6-7 is at the nominal temperature of 1.9 K and five other sectors are now being cooled; they are currently at various different temperatures. In accordance with the new schedule, all sectors will first be cooled to 20 K for the CSCM (Copper Stabilizer Continuity Measurement) tests, which allow the performance of the circuits to be checked when they are not superconductive. Also in preparation for the arrival of the beam in the LHC, expected in March 2015, experts will soon begin current tests, starting with sector 5-6. |
Other (French)
Au Décélérateur d’antiprotons (AD), les travaux de consolidation ont été très intensifs, et les opérateurs ont désormais entre les mains une machine totalement nouvelle. Grâce à la précision des travaux préparatoires toujours en cours, le décélérateur fournira bientôt aux expériences le premier faisceau d’antiprotons. L’efficacité améliorée de l’ensemble du complexe permettra des performances optimales sur le long terme pour l’ensemble du programme de recherche sur l’antimatière du CERN.
Le programme de consolidation du LS1 pour l’AD a porté sur certaines des parties les plus importantes du décélérateur : la zone cible, les aimants de l'anneau, les systèmes de refroidissement stochastique, de vide, de contrôle, et différents éléments du système d’instrumentation. Une toute nouvelle ligne de faisceau pour la récente expérience BASE a en outre été installée. « Ce programme découle du lancement du projet ELENA (Extra Low ENergy Antiproton), le nouveau décélérateur qui devrait être opérationnel en 2017, explique Tommy Eriksson, membre du département Faisceaux du CERN et expert responsable des opérations pour l’AD. Avec l’arrivée d’ELENA, nous devons aussi nous assurer que l’AD sera en mesure de fonctionner efficacement pendant les vingt années à venir ! Le LS1 a été pour nous la première occasion de mener des travaux de consolidation de grande ampleur, même si des opérations de consolidation urgentes avaient déjà été effectuées au cours des dernières années. »
De nombreux travaux ont été effectués dans la zone de la cible de l’AD, qui sert à produire des faisceaux secondaires desquels sont issus des antiprotons, qui sont collimés, puis sélectionnés en fonction de leur impulsion, avant d’être injectés dans le décélérateur. Une fois dans la machine, ils sont décélérés pour que leur énergie soit suffisamment basse pour les expériences. Les antiprotons sont produits à partir du faisceau de protons de 26 GeV/c issu du Synchrotron à protons (PS). « La zone de la cible de l’AD a été conçue il y a 30 ans pour une fréquence de répétition élevée, c’est-à-dire une impulsion de protons toutes les 2,4 secondes, explique Tommy Eriksson. Nous utilisons actuellement une fréquence de répétition de 90 secondes, ce qui permet une usure moins rapide des composants. Même si la cible a extrêmement bien fonctionné depuis son installation, nous avons détecté au début du LS1 un problème très sérieux dans la ligne de transmission de l’impulsion électrique qui arrive dans la corne magnétique –un instrument utilisé pour focaliser le faisceau d’antiprotons. » Il a donc fallu réparer les composants abîmés dans la zone de la cible, mais les équipes ont également rénové et amélioré le système de transport, avec de nouveaux systèmes de surveillance et de commande à distance.
Les aimants dipôles, installés en plein cœur de l’anneau de décélération, ont également beaucoup sollicité les experts chargés du programme de consolidation de l’AD. « Pour la première fois depuis 30 ans, l’un des aimants de courbure, pesant 20 tonnes, a été extrait de l’anneau et ouvert. Les bobines étaient en bon état, mais les cales qui les maintiennent en place étaient tombées en poussière. Il a donc fallu évidemment tout reconstruire », selon Tommy Eriksson.
Le programme de consolidation du LS1 pour l’AD s’est terminé fin juillet, et le premier faisceau a percuté la cible le 5 août. Un important travail de débogage ainsi que de nombreux ajustements et réglages de précision doivent être complétés avant que les faisceaux d’antiprotons puissent être fournis aux expériences. Une fois que les faisceaux circuleront, les équipes techniques continueront à travailler sur les améliorations qui devront être apportées au cours des futurs arrêts.
| Le saviez-vous ? Si la mise en route du Décélérateur d’antiprotons pour le programme sur l’antimatière date de 2000, l’installation fonctionne en réalité depuis près de 30 ans. En effet, elle réutilise, presque dans leur intégralité, les composants d’une machine plus ancienne, le Collecteur d’antiprotons (AC), dont elle reprend pour l’essentiel la configuration. L’AC, construit en 1986, a ainsi été reconverti pour devenir le décélérateur que nous connaissons aujourd’hui, capable de fournir les antiprotons de basse énergie nécessaires aux expériences actuelles. |
| Pendant ce temps, ailleurs... Au LHC, les tests d’assurance qualité électrique (ELQA) à chaud sont presque terminés dans tous les secteurs, avec une toute dernière partie qui sera faite la semaine prochaine sur le secteur 4-5. Sur deux secteurs, ces tests ont permis d’identifier des non-conformités qui ont été corrigées. Concernant le refroidissement, le secteur 6-7 est à la température nominale de 1,9 K. Cinq autres secteurs sont en train d’être refroidis ; ils sont actuellement à des températures différentes. Selon le nouveau planning, tous les secteurs seront d’abord refroidis à 20 K pour les tests CSCM (Copper Stabilizer Continuity Measurement), qui permettent de vérifier la performance des circuits lorsqu’ils ne sont pas supraconducteurs. Toujours pour préparer l’arrivée du faisceau dans le LHC, prévue courant mars 2015, les experts vont bientôt commencer les tests de courant, en commençant par le secteur 5-6. |
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- 1752573
- CDS Report Number
- BUL-NA-2014-181
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