[论文解读] 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 11

一句话总结

该研讨会论文集提出在现有LHC隧道内建设一台质子-质子对撞机，对心能量达33 TeV，采用20 T超导磁体，探索高场磁体技术、束流动力学、同步辐射管理以及新的1 TeV注入器。主要贡献在于首次全面讨论了LHC的高能升级方案，强调国际合作与技术协同。

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.

研究动机与目标

• 研究在现有LHC隧道内建设33 TeV对心能量质子-质子对撞机的可行性。
• 评估高场超导磁体技术，特别是20 T磁体作为核心使能技术的作用。
• 解决束流动力学、同步辐射处理以及对新高能注入器的需求等挑战。
• 识别与其他全球项目的技术协同潜力，并重复利用现有超导磁体以降低开发成本和时间。
• 加强EuCARD网络内各实验室的合作，包括CERN以及欧洲、美国和日本的合作伙伴。

提出的方法

• 举办专门研讨会，评估LHC高能升级面临的技术与科学挑战。
• 聚焦20 T超导磁体作为弯曲高能质子束流的主要使能技术。
• 评估在更高能量与磁场强度下束流动力学与同步辐射效应的影响。
• 探索能够提供1 TeV质子束流以供给升级后对撞机的新注入器设计。
• 回顾以往加速器项目的经验，评估现有超导磁体的潜在再利用。
• 促进国际合作，协调CERN、欧洲、美国和日本机构间的研究与开发工作。

实验结果

研究问题

• RQ1 开发用于高能质子对撞机的20 T超导磁体面临哪些技术和工程挑战？
• RQ2 在LHC隧道内，33 TeV对心能量下如何管理束流动力学与同步辐射效应？
• RQ3 能够提供1 TeV质子束流的新注入器需要哪些参数与设计考量？
• RQ4 与其他致力于高场加速器技术的全球项目之间存在哪些协同潜力？
• RQ5 在未来的高能对撞机中，现有超导磁体在多大程度上可以被再利用？

主要发现

• 研讨会首次正式讨论了利用LHC隧道建设33 TeV质子-质子对撞机的方案，标志着未来对撞机设计的重要一步。
• 20 T超导磁体被确定为实现高能下所需束流弯曲的核心技术挑战与关键使能技术。
• 对高能尺度下的束流动力学与同步辐射效应给予了高度关注，表明需要先进模拟与控制方法。
• 认识到需要新建注入器以提供1 TeV质子束流来供给升级后的对撞机，凸显了重大基础设施需求。
• 通过EuCARD的国际合作得到加强，CERN、欧洲、美国和日本研究机构在共同目标与潜在技术协同方面形成共识。
• 探索了重复利用现有超导磁体作为降低开发成本与加快开发周期的可行策略。