Vakuový systém urychlovače LHC Overall view of the ĹHC experiments. 50 - 150 m pod zemí, délka 27 km home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 1/29 LHC • 8 - oblouků a 8 rovných částí • sektor je část urychlovače mezi středy rovných úseků • 7 TeV - energie protonů, spotřeba LHC celková 120 MW • magnetické pole max. 8,33 T • 11245 oběhů za 1 s • supravodivé magnety z NbTi • kryo-systém - 120 t He • 700 MB/s dat ze všech experimentů • náklady asi 3 miliardy EUR ~ 80 miliard Kč ~ 4,5 miliardy • 1500 PC z ČR počítalo simulace pro uložení magnetu horne. web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 3/29 Jumper connection Helium ring line Warm helium recovery line Cryogenic distribution line [ORIJ LHC machine cryostat Figure 11.1: Transverse cross-section of the LHC tunn íl home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 4/29 ALIGNMENT TARGET MAIN QUADRUPOLE BUS BARS HEAT EXCHANGER TUBE SUPERINSULATION SUPERCONDUCTING COILS BEAM TUBES SHRINKING CYLINDER / HE 11-VESSEL IRON YOKE VACUUM VESSEL THERMAL SHIELD AUXILIARY BUS BARS AUSTENITIC STEEL COLLARS BEAM SCREEN IRON INSERT INSTRUMENTATION ^IRES FILLER PIECE DIFOLE BUS BARS SUPPORT POST iL_fk_.ll ALL U1MĽNEWNS AT -3Ů home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 <□► < g? ► •<-=:► < -=i ► š -0 0,0 5/29 Vakuové systémy: • kryomagnety - sektory s délkou 214 m, teplota 1,9 K • He-rozvody - sektory s délkou 428 m • urychlovač - různé délky sektorů, délka přibližně 2900 10"8 - 10"9 Pa GAS Nuclear scattering Gas density (m") Pressure (Pa) at 5 K, cross section(cm') for a 100 hour lifetime for a 100 hour lifetime H2 9.5 10'5 9.810 14 6.710s He 1.2610 '5 7.410 14 5.110 s CH4 5.6610 3S 1.610 14 1.110s H20 5.65 10"'5 1.610 14 1.110 3 CO 8.54 10°5 1.110 14 7.510 9 CO, 1.32 10"-4 7 1013 4.910"9 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuova fyzika 2 7/29 průměr asi 45 mm, 1 mm nerez ocel + 75 /im Cu, 5 - 20 K home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 8/29 Cold Beam elektrický odpor 0,1 míž home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Screw & Spring wdctar Copper transition tube Upstream flange RF-iontact strips COUtilig & I IT! Indrům brazed Plug-In module Iran tit ion tub* RF beilpws Rhodium costing 3 RFcontact Gold Coating 5 urn Screw & Spring washer RF-ccmlact transition flange Downstream Hange flF-contaet strips coaling 5 m Indium brazed home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 10 / 29 Figme 12.7: Details of a cold-to-warm transition Přechod mezi kryo částí a částí s pokojovou teplotou home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Figure 12.8: Standard layout of the RT beam vacuum system between two ciyostats. home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 12 / 29 Figure 12.10: Layout of the RT beam vacuum system at right of IR point 2 home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuova fyzika 2 13/29 mobilní čerpací stanice trubice urychlovače - kryogenní výveva části na pokojové teplotě - N EG getr - TiZrV, iontové vývevy asi po 28 m manometry v každém sektoru - lx Pirani, 2x ionizační se studenou katodou, lx ionizační se žhavenou katodou analyzátor plynu (hmotový spektrometr) na mobilní čerpací jednotce + další manometry 4Í0 3E0 3L0 2E0 2 = 0 150 I u0 50 -non coated carts ---gauges and RGAs -NEG coated C u chambers degassing gauges, RGAs flash pum ps 24h start SIPs {press K r < 1x1 D""Wrl ID £0 3D 40 time (hrs f 50 SO 70 Figure 12.13: Proposed bake-out cycle with NEG activation 80 Aktivace NEG getrů home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 15 / 29 1 .OE-05 1 OE-06 .Q E (ľ CL 1.0E-Ü7 1 OE-OB — Pressure profile a Position of Ion pumps Beam Stay Clear [+/- 5 mm tol.] — Chamber diameter (mm) JVAAAAAA AAAAAAAAA A A. i A A A A 600 - 500 G -i—i—i—i—i—i—i—r-10000 20000 T-1-1-1-1-1-1-1-T" 30000 40000 -i-1-1-1-1-1-r~ 400 E E 300 ca O as -i—■ U) E ca 200 * 100 50000 60000 Position along the line after MKB (mm) Figure 12.15: Pressure profile, distribution of ion pumps, vacuum chamber diameters and beam stay clear along the beam dump line starting downstrearn of the diluters (MKB) down to the dump (TDE). Výstupní část urychlovače LHC Vakuová fyzika 2 16 / 29 Table 12.3: Main characteristics of tlie insulation vacuum sectors Cryomagnet QRL Volume (m3) 80 85 Length (m) 214 428 ML I (mJ/m) 200 140 Sectors per arc 14 7 Vakuum pro kryomagnety a He rozvody. home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Figure 11.4 Thermo dynamic states of helium in the LHC cryogenic system home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Time [day] Figure 11.12: Normal cool-down from 300 K to 4.5 K of LHC sectors home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 19 / 29 —x—Normal operation 0 10 20 30 40 Time [hour] Figure 11.13: Magnet filling and cool-down down from 4.5 K to 1.9 K home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider Vakuová fyzika 2 20 / 29 Point 5 Storage vessels C 3 GHe 25Q m 3 vessels (make-up) ^3 GHe 75 m3 vessels (male-up) C_ ^ GHe 250 m 3 vessels (quench buffer) {" lHe "j LHe 100 m 3 vessels (optional) Figure 11.17: Helium storage management home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider □ t3 Nehoda na LHC 19.9.2008 vadné propojení mezi dvěma magnety, sektor 3-4 při zvyšovaní proudu magnetem na hodnotu 8,7 kA, provozní proud 9,3 kA rekonstrukce asi 700 m urychlovače ztráta asi 6 t He □ s www.osel.cz/index.php?clanek=4144 Vakuová fyzika 2 23 / 29 www.osel.cz/index.php?clanek=4144 Vakuová fyzika 2 24 / 29 Odkazy na www http: //Ihc.web.cern.ch/lhc/ http: //www.osel.cz/index.php?clanek=4144 http: //www.czechnationalteam.cz ITER www.iter.org Vakuová fyzika 2 □ S1 26 / 29 Pump casing L * 3.3 m http: //www.iter.org □ - = Divertor cooling lines Double bellows Valve shaft to between cryostat move valve and Vacuum Vessel ahead Valve actuator //www. iter.org Vakuová fyzika 2 □ - = 28 / 29 ITER • potřebný tlak ~ 10 Pa, • komora: 840 m3 plazma, objem 1400 m3 , kryostat, celkem ~ 8500 m3 • na komoře 6 kryo-vývěv (4,5 K), 4 čerpají, 2 regenerace - 10 min., 100 K • na kryostatu a porn. zařízeních dalších 6 vývěv • sorbent: aktivní uhlí, 20 let výzkum - kokosové ořechy, Indonésie (2002) • nej větší celokovový ventil • první plazma 2025 ?, původní plán 2016 □ t3