В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) прошли успешные испытания одной из секций линейного ускорителя ионов Linac-4 – нового инжектора для Большого адронного коллайдера. В ходе проверки достигнут проектный темп ускорения и энергия 100 миллионов электрон-вольт

Испытанное оборудование разработано и изготовлено «под ключ» в России – специалистами Института ядерной физики им. Г.И.Будкера (ИЯФ СО РАН, Новосибирск) и Всероссийского научно-исследовательского института технической физики имени академика Е. И. Забабахина (РФЯЦ-ВНИИТФ, Снежинск). Переход на использование нового инжектора планируется в рамках модернизации Большого адронного коллайдера, которая, как ожидается, позволит более чем вдвое увеличить производительность установки.

Руководитель проекта Linac 4, Морицио Вретенар (Maurizio Vretenar) отметил успех пробного запуска: «Проводка пучка через ускоритель прошла исключительно гладко, подтвердив, тем самым, качество изготовления, точность настройки и геодезической выставки ускоряющих структур. Linac 4 – это первый этап длительной и амбициозной программы на пути к новым открытиям на LHC. Через 10 лет, когда программа модернизации будет завершена, физики получат десятикратное увеличение числа столкновений частиц, что колоссально расширит возможности в наблюдении редких процессов и поиска еще неизвестных частиц».

Прежде чем попасть в коллайдер, заряженные частицы проходят через каскад ускорителей. Сейчас эта цепочка начинается с линейного ускорителя Linac 2 с энергией протонов 50 МэВ, который был запущен почти 40 лет назад. Для его замены в ЦЕРН создается новый инжектор – Linac 4. В нем будет происходить ускорение интенсивных пучков отрицательных ионов водорода до энергии 160 МэВ. После линейного ускорителя в результате перезарядной инжекции – обдирки электронов –протонный пучок будет инжектироваться в следующий ускоритель – накопитель протонов PS. Использование нового линейного ускорителя позволит вдвое поднять светимость коллайдера, а следовательно – и скорость набора экспериментальных данных на LHC.

В каждой из четырех ускорительных секций Linac 4 используются различные типы ускоряющих структур, оптимизированные под соответствующий диапазон энергии. Российская команда отвечала за разработку и создание секции CCDTL, в которой частицы ускоряются от 50 до 102 МэВ. Эта секция занимает 25 из 86 м длины Linac 4 и состоит из семи ускоряющих модулей. Каждый модуль включает в себя по три укоряющих высокочастотных резонатора с двумя пролетными трубками в каждом.

«Особенностью использованного нами типа структур является то, – поясняет заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Алексей Трибендис, – что фокусирующие магнитные линзы расположены не внутри пролетных трубок, а в пространстве между ускоряющими резонаторами. Это обеспечивает гибкость настройки магнитной структуры, снижает требования к точности позиционирования пролетных трубок и, соответственно, уменьшает стоимость изготовления».

Создание секции CCDTL – результат многолетнего сотрудничества ИЯФ СО РАН, РФЯЦ-ВНИИТФ и ЦЕРН. По словам Франка Герика (Frank Gerigk), координатора работ от ЦЕРН, сотрудничество по этому проекту продолжалось более 10 лет: «Оно началось с изготовления и испытания прототипов и завершилось созданием первых в мире действующих ускоряющих структур такого типа. Я хотел бы отметить продуктивное участие в разработке концепции и необходимых технологий всех трех организаций. На мой взгляд, это один из самых успешных и эффективных совместных проектов за время моей работы в ЦЕРН''.

В рамках работы над проектом РФЯЦ-ВНИИТФ изготовил корпуса резонаторов и ячеек связи, используя, в частности, технологию электрохимического нанесения меди толщиной 30–50 микрон на нержавеющую сталь. Это медное покрытие должно, помимо прочного сцепления с подложкой, обладать хорошей электропроводностью и удовлетворять требованиям высокого вакуума. В ИЯФ СО РАН изготовлены пролетные трубки с применением технологий вакуумной пайки и электронно-лучевой сварки, произведена сборка и предварительная настройка модулей. Окончательную настройку оборудования специалисты ИЯФ СО РАН осуществляли в ЦЕРН.

После ввода в эксплуатацию всех ускорительных секций Linac 4 и получения проектной энергии 160 МэВ начнутся долговременные испытания надежности работы ускорителя. Переключение в режим работы на LHC произойдет во время очередной плановой модернизации ускорительного комплекса в 2019–2020 гг., либо при возникновении проблем с работой Linac 2.