LS1 Report: Thank you magnetic horn!
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Experiments at the Antimatter Decelerator (AD) have been receiving beams since the beginning of this week. There is a crucial element at the heart of the chain that prepares the antiproton beam: the so-called magnetic horn, a delicate piece of equipment that had to be refurbished during LS1 and that is now showing just how well it can perform.
Antiprotons for the AD are produced by smashing a beam of protons from the PS onto an iridium target. However, the particles produced by the nuclear interactions are emitted at very wide angles; without a focussing element, all these precious particles would be lost. “A magnetic horn is placed at the exit of the target to focus back a large fraction of the negative particles, including antiprotons, parallel to the beam line and with the right momentum,” explains Marco Calviani, physicist in the EN Department and the expert in charge of the AD target area. “Its performance is of vital importance for the AD physics programme because experiments need a good antiproton yield in order to carry out their research programmes on antimatter. Without the horn, the number of antiprotons for the experiments would be reduced by a factor of 50.”
At the end of 2013, the magnetic horn that had been in operation for 20 years was inspected and found to be severely damaged by electric arcs. Luckily, it had not yet stopped working and no further damage was done to the surrounding structures. However, given the state of the electrical contacts, the horn current transmission system had to be replaced in order to ensure reliable AD operation after LS1. “The horn assembly is a magnetic system composed of three main parts,” describes Calviani. "The first is the horn itself, constituted of two concentric aluminium conductors, in which the internal one has a double parabolic shape. When a 400 kA current pulse flows through the conductors, a 13 Tesla magnetic field is generated in between the conductors. This very high field allows the particles entering the horn inner volume to be focussed. The second part is a six-metre-long aluminium strip line that carries the current from the generators to the horn. The third part is a movable clamping system between the first two, which ensures the electrical continuity of the device."
Given the critical situation, the experts decided to replace all three components. They had only six months to re-assemble and test the over 20-year-old spares. “We found the old spare of the strip line, but it needed a lot of work in order to be made usable,” explains Calviani. “At the same time we launched the construction of additional pieces that were created in record time thanks to very good collaboration between the EN, TE and BE Departments and the HSE unit.”
The consolidated system was first assembled on the surface, tested at full current in a dedicated test bench far enough from the radioactive environment of the target area and then installed underground in the target area. Now that the beam is back after LS1, the experts can measure the system's performance. The verdict is: no unconformities.
| Did you know? The magnetic horn was invented at CERN in the 60s by Simon Van der Meer. The original application of the magnetic horn was for neutrino physics. Since its invention, the magnetic horn has found many applications all around the world, in both neutrino physics and the production of antiprotons. |
| Meanwhile, elsewhere... On Friday 12 September, the SPS accelerated its first proton beam of the LHC’s second run. Prior to startup, a leak was found in one of the accelerator's main water-cooled cables, which date back to the construction of the machine. Its antiquated design allows water to run through the cable itself, rather than surrounding it. As no backups of such cables were kept, the cable was "cannibalised" and only the leaky section of the cable was removed. A simple non-water-cooled bus bar was put in place in this short section, providing a quick but effective solution to the issue. Over at the LHC, the first powering tests started in Sector 6-7 on Monday 15 September. Meanwhile, the cool down of the machine continues in five sectors, with Sector 6-7 at the nominal temperature. Next week, LS1 coordination leaders will be heading to the Chamonix workshop to discuss their final plans before the machine restarts in week 11 of 2015. Plans for LS2 will also be on the table, a full four years in advance! |
Other (French)
Les expériences auprès du Décélérateur d’antimatière (AD) reçoivent des faisceaux depuis le début de la semaine. Au cœur de la chaîne qui prépare le faisceau d’antiprotons se trouve un élément crucial : la corne magnétique, pièce délicate qui a dû être rénovée pendant le LS1 et qui montre maintenant tout ce dont elle est capable.
Les antiprotons destinés à l'AD sont obtenus en projetant un faisceau de protons issu du PS sur une cible en iridium. Les particules produites par les interactions nucléaires sont toutefois diffusées à des angles très larges par rapport à la ligne de faisceau ; sans dispositif permettant de les focaliser, toutes ces précieuses particules seraient perdues. « Une corne magnétique est placée à la sortie de la cible. Elle permet de refocaliser une grande partie des particules négatives, notamment des antiprotons, pour les ramener dans une direction parallèle au faisceau et avec l’impulsion adéquate, explique Marco Calviani, physicien du département EN et spécialiste responsable de la zone de la cible de l’AD. Sa performance est cruciale pour le programme de physique de l'AD, parce que les expériences ont besoin d'une bonne production d'antiprotons pour mener à bien leurs programmes de recherche sur l'antimatière. Sans cette corne, le nombre d'antiprotons disponibles pour les expériences serait divisé par 50. »
À la fin de l’année 2013, la corne magnétique, qui avait été utilisée pendant 20 ans, a été examinée, et il est apparu qu’elle avait été gravement endommagée par des arcs électriques. Par chance, elle était encore en état de fonctionner et la structure qui l’entourait n’avait pas subi de dommages. Cependant, vu l’état des contacts électriques, le système de transmission de courant de la corne devait être remplacé pour permettre le fonctionnement fiable de l’AD après le LS1. « Il s’agit d’un système magnétique composé de trois parties principales, précise Marco Calviani. La première partie est la corne elle-même, constituée de deux conducteurs concentriques en aluminium, le conducteur interne ayant la forme d’une double parabole. Quand une impulsion de 400 kA passe à travers les conducteurs, cela crée un champ magnétique de 13 teslas entre eux. Ce champ très élevé permet de focaliser les particules qui pénètrent dans le volume intérieur de la corne. La deuxième partie est une bande d’aluminium de six mètres, qui amène le courant des générateurs à la corne. La troisième partie est un système de fixation mobile reliant les deux premières, qui assure la continuité électrique du dispositif. »
Comme la situation était critique, les experts ont décidé de remplacer les trois éléments. Ils n’ont eu que six mois pour réassembler et tester les pièces de rechange, qui ont plus de 20 ans. « Nous avons retrouvé les anciennes pièces de la bande conductrice, mais il a fallu beaucoup de travail pour les rendre utilisables, continue Marco Calviani. Dans le même temps, nous avons lancé la fabrication de pièces de rechange supplémentaires, qui ont été construites en un temps record grâce à une collaboration très fructueuse entre les départements EN, TE et BE, et l’unité HSE. »
Le système consolidé a d’abord été assemblé en surface et testé avec le courant nominal sur un banc d’essai spécialement conçu, suffisamment éloigné du milieu radioactif de la zone de la cible, puis installé en souterrain, dans la zone de la cible. Maintenant que le faisceau est de retour, après le LS1, les spécialistes peuvent mesurer les performances réelles du système. Leur verdict : aucune défectuosité.
| Le saviez-vous ? La corne magnétique a été inventée au CERN dans les années 1960 par Simon Van der Meer. Sa première application a été la physique des neutrinos. Depuis son invention, la corne magnétique a été utilisée dans de nombreuses expériences, dans le monde entier, en physique des neutrinos et pour la production d’antiprotons. |
| Pendant ce temps, ailleurs… Le vendredi 12 septembre, le SPS a accéléré son premier faisceau de protons de la deuxième période d’exploitation du LHC. Avant le démarrage, une fuite avait été détectée dans l’un des principaux câbles refroidis à l’eau de l’accélérateur. Ce câble date de la période de construction de la machine ; sa conception, aujourd’hui dépassée, laisse l’eau passer à l’intérieur du câble plutôt qu’autour. Comme aucun câble de ce type n’avait été gardé en réserve, le câble en question a été sectionné et seule la partie présentant une fuite a été remplacée par un simple jeu de barres, qui n’est pas refroidi à l’eau : une manière rapide mais efficace de résoudre le problème. Au LHC, les premiers tests de mise sous tension ont commencé le lundi 15 septembre dans le secteur 6-7, qui est à la température nominale. Pendant ce temps, le refroidissement de la machine se poursuit dans cinq secteurs. La semaine prochaine, les responsables de la coordination du LS1 se rendront à l’atelier organisé à Chamonix pour s’entretenir de leurs derniers programmes avant le redémarrage de la machine, la semaine 11 de 2015. Des plans pour le LS2 seront également mis sur la table, rien moins que quatre ans à l’avance ! |
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- CDS
- 1756355
- CDS Report Number
- BUL-NA-2014-192
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- Periodical issue: xfvb3-d9218 (CDS)
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