[論文レビュー] LHC: status and commissioning plans

Michael R. E. Lamont|ArXiv.org|Jun 1, 2009

Superconducting Materials and Applications参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、2008年のLHCセクター34インシデントの原因、修復策、および安全対策の向上について詳述している。このインシデントは、不適切な超伝導スプライスによって引き起こられ、ヘリウムの漏れと広範な損傷を引き起こした。強化されたクエンチ保護システム、スプライスのモニタリングの向上、再発防止策が策定され、2009年末までのビーム再起動を目標とし、2009–2010年期間中に数百度のpb⁻¹のランクスを達成することを目的としている。

ABSTRACT

In 2008 the LHC saw a series of injection tests with beam and the start of full beam commissioning. Initial beam commissioning went well and circulating beam was quickly established. Progress was unfortunately curtailed by the sector 34 incident which caused extensive damage. The causes of the incident are recalled and the status of repairs and consolidation measures are presented. The schedule and luminosity targets for the 2009 - 2010 run are discussed.

研究の動機と目的

• 2008年のLHCセクター34インシデントの根本原因を特定する。このインシデントは、不適切な超伝導スプライスに起因する。
• LHC磁石系の修復と強化に向けた包括的な修復・補強措置を文書化する。
• 類似インシデントの再発を防ぐために、新規クエンチ保護およびヘリウム漏れ緩和システムを実装する。
• 2009–2010年期間におけるビーム再起動およびランクス供給のための見直された起動計画を策定する。
• 高エネルギー陽子衝突のための機器の安全性と信頼性を確保し、診断能力と品質保証を向上させる。

提案手法

• 根本原因は、定格値の0.3 nΩに対して220 nΩと著しく高い抵抗を示すスプライスであり、これが抵抗加熱と熱的ランアウェイを引き起こし、ヘリウムの放出を招いた。
• 53基の主要磁石（39基のジポール、14基のクアッドロール）の撤去・再設置を含む大規模な修復作業を実施。冷温および真空システムのリニューアルも実施。
• 抵抗値が50–100 nΩを超えるスプライスを検出できるように拡張されたクエンチ保護システム（QPS）を設計・導入。検出はダイオードタップでの電圧モニタリングを用いる。
• 最大可能性事故（MCI）時のヘリウム放出を緩和するため、4つのセクターに新しいリリーフバルブ（DN200）を設置。残りの冷温セクターにはスプリング駆動式の放出経路を追加。
• 冷温化の前段階として、すべての再設置された回路および部品に対して厳密な品質保証および試験プロトコルを実施。
• 低強度で収束しないビームから始める段階的ビーム起動プロセスを計画。その後、強度を高め、衝突ビームに段階的に移行。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCセクター34インシデントの原因は何であり、ヘリウムの漏れと損傷に至る物理的メカニズムは何か？
• RQ2 超伝導磁石回路における不具合のリスクを、検出および保護システムの向上によってどのように低減できるか？
• RQ3 大規模インシデント後のLHCセクターの修復および再起動において、主な技術的・運用的課題は何か？
• RQ4 見直された安全および運用制約のもとで、2009–2010年LHCランに向けた、実現可能なランクス目標とビームパラメータは何か？
• RQ5 高強度ビームを用いた運用において、将来のクエンチイベントのリスクを最小限に抑えるとともに、LHCが信頼性と安全性を確保する方法は何か？

主な発見

• セクター34インシデントの原因は、定格値0.3 nΩに対して220 nΩの抵抗を示す欠陥スプライスに起因し、これが抵抗加熱と熱的ランアウェイを引き起こした。
• 合計53基の主要磁石（39基のジポール、14基のクアッドロール）が撤去・交換され、冷温、真空、絶縁システムに対しても広範な修復作業が実施された。
• 拡張されたクエンチ保護システムは、抵抗値が50–100 nΩ以上のスプライスを検出することを目的としており、検出しきい値は10秒間で300 µVである。
• 4つのセクターに新しいリリーフバルブ（DN200）を設置し、残りの冷温セクターにはスプリング駆動式の放出経路を追加して、MCI時のヘリウム放出を緩和した。
• 2009–2010年ランでは、200–300 pb⁻¹の良好なデータを供給することを目標としており、初回の衝突は2009年10月ごろを予定。ビームエネルギーは5 TeVである。
• ランクス最適化は、ビーム強度制限（最大5×10¹³プロトン、きついコリメーションを要件とする）、β*制限（ATLAS/CMSでは1–3 m、LHCbでは2–4 m）、156束以上でのクロスイング角度の使用が求められる制約によって制限された。