[論文レビュー] Proceedings of EuCARD-AccNet-EuroLumi Workshop: The High-Energy Large Hadron Collider, Malta, Republic of Malta, 14 - 16 Oct 2010

E. Todesco, Frank Zimmermann|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2011

Superconducting Materials and Applications被引用数 11

ひとこと要約

このワークショップの議事録は、既存のLHCトンネル内で20 Tの超伝導磁石を用いた33 TeVの中心系エネルギ―の陽子-陽子衝突機の構築を提案し、高磁場磁石技術、ビームダイナミクス、シンクロトロン放射線の管理、および新しい1 TeVのインジェクタの開発を検討している。主な貢献は、LHCの高エネルギー段階アップグレードについての初の包括的議論を提示したことである。国際的協力と技術的シナergiesに重点が置かれている。

ABSTRACT

This report contains the proceedings of the EuCARD-AccNet-EuroLumi Workshop on a High-Energy Large Hadron Collider 'HE-LHC10' which was held on Malta from 14 to 16 October 2010. This is the first workshop where the possibility of building a 33 TeV centre-of-mass energy proton-proton accelerator in the LHC tunnel is discussed. The key element of such a machine will be the 20 T magnets needed to bend the particle beams: therefore much space was given to discussions about magnet technologies for high fields. The workshop also discussed possible parameter sets, issues related to beam dynamics and synchrotron radiation handling, and the need for new injectors, possibly with 1 TeV energy. The workshop searched for synergies with other projects and studies around the world facing similar challenges or pushing related technologies, revisited past experience, and explored a possible re-use of existing superconducting magnets. Last not least, it reinforced the inter-laboratory collaborations within EuCARD, especially between CERN and its European, US, and Japanese partners.

研究の動機と目的

• 既存のLHCトンネル内に33 TeVの中心系エネルギ―の陽子-陽子衝突機を建設する可能性を調査すること。
• 特に20 T磁石を含む高磁場超伝導磁石技術を評価し、それが中心的な技術的基盤となること。
• ビームダイナミクス、シンクロトロン放射線の取り扱い、および新しい高エネルギーインジェクタの必要性といった課題に取り組むこと。
• 国際的なプロジェクトとの相乗効果を特定し、既存の超伝導磁石を再利用することで開発コストと期間を削減すること。
• CERNおよびヨーロッパ、米国、日本におけるパートナーを含むEuCARDネットワーク内での研究機関間の連携を強化すること。

提案手法

• LHCの高エネルギー段階アップグレードに向けた技術的・科学的課題を評価するための専用ワークショップを実施した。
• 高エネルギー陽子ビームを曲げるための主要な促進要因として、20 T超伝導磁石に焦点を当てた。
• エネルギーと磁場強度が上昇した場合のビームダイナミクスおよびシンクロトロン放射線の影響を評価した。
• 新しいインジェクタの設計を検討し、1 TeVの陽子ビームをアップグレードされた衝突機に供給できるようにした。
• 過去の加速器プロジェクトの経験をレビューし、既存の超伝導磁石の再利用可能性を評価した。
• CERN、ヨーロッパ、米国、日本における研究機関間で、研究開発の取り組みを統一する国際的協力を促進した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 33 TeVの中心系エネルギ―の陽子衝突機に用いる20 T超伝導磁石を開発するにあたり、技術的および工学的課題は何か？
• RQ2 LHCトンネル内で33 TeVの中心系エネルギ―に達した場合、ビームダイナミクスおよびシンクロトロン放射線はどのように管理できるか？
• RQ3 1 TeVの陽子ビームを供給できる新しいインジェクタに必要な仕様と設計上の考慮事項は何か？
• RQ4 高磁場加速器技術を追求する他の国際的プロジェクトと、どのような相乗効果があるか？
• RQ5 既存の超伝導磁石を、将来の高エネルギー衝突機にどれほど再利用できるか？

主な発見

• ワークショップは、LHCトンネルを用いた33 TeV陽子-陽子衝突機の構築について、公式に初めて議論を始めたものであり、今後の衝突機設計において画期的な一歩を示した。
• 20 T超伝導磁石は、高エネルギーでのビーム曲げを実現する上で中心的な技術的課題であり、同時に主要な促進要因であると特定された。
• 高いエネルギー域におけるビームダイナミクスおよびシンクロトロン放射線の影響に大きな注目が向けられ、高度なシミュレーションおよび制御手法の導入が不可欠であることが示された。
• アップグレードされた衝突機に供給するため、1 TeVのビームエネルギーを持つ新しいインジェクタの必要性が認識され、主要なインfraストラクチャ要件であることが浮き彫りになった。
• EuCARDを通じた国際的協力が強化され、CERN、ヨーロッパ、米国、日本における研究機関間で共通の目標と潜在的な技術的シナergiesが確認された。
• 既存の超伝導磁石の再利用が、コスト削減と開発期間の短縮に有効な戦略として検討された。