LHC Report: machine development
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Description
Machine development weeks are carefully planned in the LHC operation schedule to optimise and further study the performance of the machine. The first machine development session of Run 2 ended on Saturday, 25 July. Despite various hiccoughs, it allowed the operators to make great strides towards improving the long-term performance of the LHC.
The main goals of this first machine development (MD) week were to determine the minimum beam-spot size at the interaction points given existing optics and collimation constraints; to test new beam instrumentation; to evaluate the effectiveness of performing part of the beam-squeezing process during the energy ramp; and to explore the limits on the number of protons per bunch arising from the electromagnetic interactions with the accelerator environment and the other beam.
Unfortunately, a series of events reduced the machine availability for studies to about 50%. The most critical issue was the recurrent trip of a sextupolar corrector circuit – a circuit with 154 small sextupole magnets used to correct errors in the main dipoles – in arc 7-8 at high energy. This problem resulted in the cancellation of the last test runs at high energy and the MD session stopping some 8 hours earlier than planned. However, the time with beam was effective in terms of the results achieved. A large set of instruments were developed or tested, including high-resolution beam position monitors (DOROS), robust beam current monitors and two systems to examine the frequency content of the beam.
Thanks to the MD studies, the beam sizes at the two high-luminosity interaction points (where the ATLAS and CMS detectors are installed) were reduced by a factor of 1.4. The corresponding machine optics were finely tuned to be ready for high-intensity beams. However, before these optics can be used in operation, further studies are mandatory to understand and validate other important parameters, including the machine aperture, new collimator settings, a reduced crossing angle and, possibly, non-linear corrections in the quadrupole triplets next to the interaction points. These topics will be addressed in future MD weeks to pave the way towards higher luminosities in Run 2.
For the first time, operators were able to perform the beam-size squeeze during the energy ramp. This opens up the possibility of saving up to 10 minutes per fill in a slightly more ambitious configuration than that tested last week. Results on higher bunch populations require careful analysis of the collected beam data. These will soon be available in detailed reports to be published as LHC MD notes.
At the end of the MD period, the LHC went into its second scrubbing run, a two-week period that aims to prepare the machine fully for operation with 25-nanosecond bunch spacing, planned for the first weeks of August.
We would like to take this opportunity to thank all the MD teams, system experts, management, operators and physics experiments involved during the MDs for their high flexibility, dedication and endurance.
Other (French)
Le calendrier de fonctionnement du LHC prévoit des semaines de « développement de la machine » pendant lesquelles les équipes étudient de façon fine et optimisent la performance de la machine. La première session de développement de la machine de la deuxième exploitation s’est terminée le samedi 25 juillet. Malgré divers contretemps, elle a permis aux opérateurs de réaliser de grands progrès en vue de l’amélioration de la performance du LHC à long terme.
Cette première semaine de développement de la machine (MD) avait plusieurs objectifs : déterminer la taille minimale de la tache focale aux points d’interaction en fonction des contraintes existantes en matière d’optique et de collimation, tester une nouvelle instrumentation de faisceau, évaluer l’efficacité d’une procédure dans laquelle une partie de la compression du faisceau se fait pendant la montée en énergie, ou encore explorer les limitations en nombre de protons par paquet imposées par les interactions électromagnétiques avec l’environnement de l’accélérateur et l’autre faisceau.
Une série d’événements a malheureusement réduit la disponibilité de la machine pour les études, qui n’a été que d’environ 50 %. Le problème le plus critique a été le déclenchement récurrent, à haute énergie, d’un circuit de correction sextupôlaire – circuit composé de 154 aimants sextupôles utilisés pour corriger les erreurs dans les dipôles principaux – situé dans l’arc 7-8. Ce problème a entraîné l’annulation du dernier essai à haute énergie et un arrêt prématuré de l’ensemble de la session de développement de la machine, environ huit heures plus tôt que prévu. Le temps avec faisceau a cependant été plutôt efficace en termes de résultats ; un large éventail d’instruments ont été développés ou testés, y compris des détecteurs de position de faisceau haute résolution (DOROS), des détecteurs de courant de faisceau améliorés et deux systèmes servant à étudier la répartition des fréquences du faisceau.
Grâce aux études réalisées pendant le développement de la machine, la dimension des faisceaux aux deux points d’interaction haute luminosité (où sont installés les détecteurs ATLAS et CMS) a été réduite d’un facteur 1,4. Les dispositifs optiques correspondants de la machine ont été minutieusement réglés afin d’être prêts à recevoir des faisceaux de haute intensité. Toutefois, avant que ces dispositifs optiques puissent être utilisés en fonctionnement, des études supplémentaires sont indispensables ; il faut en effet comprendre et valider d’autres paramètres importants, y compris l’acceptance dynamique de la machine, le nouveau paramétrage des collimateurs, un angle de croisement réduit et éventuellement des corrections non linéaires dans les triplets de quadripôles proches des points d’interaction. Ces éléments seront étudiés pendant les semaines de développement de la machine à venir, afin d’ouvrir la voie vers des luminosités plus élevées pendant la deuxième exploitation.
Pour la première fois, les opérateurs ont été en mesure de procéder à la compression de la dimension du faisceau pendant la montée en énergie. Cette opération ouvre la possibilité d’économiser jusqu’à dix minutes par cycle de remplissage, dans une configuration un peu plus ambitieuse que celle testée la semaine passée. Les résultats pour des paquets contenant davantage de particules demandent une analyse minutieuse des données enregistrées sur le faisceau ; celles-ci seront disponibles prochainement, dans des rapports détaillés qui seront publiés sous la forme de LHC MD notes (notes sur le développement de la machine LHC).
À la fin de la période de développement de la machine, le LHC est entré dans sa deuxième campagne de nettoyage, une période de deux semaines qui vise à préparer complètement la machine pour l’exploitation avec des paquets espacés de 25 nanosecondes, prévue pour les premières semaines d’août.
Nous profitons de cette occasion pour remercier toutes les équipes ayant participé au programme de développement de la machine : experts systèmes, direction, opérateurs et équipes des expériences, pour leur grande flexibilité, leur engagement et leur persévérance.
Additional details
Identifiers
- CDS
- 2039360
- CDS Report Number
- BUL-NA-2015-169
Related works
- Is published in
- Periodical issue: 11xdm-a0s36 (CDS)
- Periodical issue: yzw13-k0394 (CDS)