CERNは最近、世界最大の粒子加速器をアップグレードし、新世代の超伝導磁石を全運転電流まで引き上げることに成功しました。欧州原子核研究機構（CERN）および世界最大の粒子物理実験室は、この成果が高輝度大強度加速器（HiLumi LHC）にとって重要な一歩であると述べています。HiLumi LHCは、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のアップグレード版であり、関連作業は7月8日に行われ、2030年に運転を開始する予定です。この新しい加速器は、著しく多くの粒子衝突を生み出し、科学者が粒子物理学の標準モデルを超える希少現象を探すために、より大きなデータセットを収集できるようにします。
CERNがHiLumi LHCの運転を支える超伝導磁石のアップグレードに成功
この突破口は、内部三重串（IT String）テスト施設で発生しました。ここでの新型四極磁石は、設計電流の16,230アンペア（A）に達し、これらの磁石はプロトンビームの衝突前により密に集束させることができ、加速器の輝度または衝突率を増加させます。
四極磁石は、現在LHCで使用されているニオブ-チタンの内部三重磁石に対する重要なアップグレードであり、これらの新しい磁石はニオブ-スズ超伝導コイルを使用しており、11.3テスラの磁場で運転可能で、現在の世代の磁場より約35%高いです。さらに、これらの磁石の孔径は70ミリメートルから150ミリメートルに拡大され、磁石が粒子ビームをより正確に集束させ、実験でより多くの衝突を生み出すことが可能になります。
最近のテストでの重要な結果の一つは、これらの磁石が全運転電流に達する過程で「瞬間失超」と呼ばれる現象を経験しなかったことです。この現象は、超伝導状態から通常の導電状態に変わることを示します。CERNの資料によれば、超伝導磁石は通常、設計電流に信頼性を持って達成するために、複数の電力供給サイクル、すなわちトレーニングを経る必要があります。この過程で、磁石の機械的調整は通常、より低い電流で瞬間失超を引き起こします。時間が経つにつれて、内部構造が安定し、運転電流を徐々に引き上げることが可能になります。新しい磁石はそのトレーニングを保持し、良好な記憶能力を示しました。
「良好な記憶能力は加速器磁石の重要な性能要件であり、調整時間、低温消費、運転遅延を減少させることができます」と、CERNの大型磁石施設の責任者であるSusana Izquierdo Bermudezは強調しました。
この取り組みは、IT Stringテスト施設全体の性能も検証しました。CERNはすべての17回路を運転電流まで供給することに成功しました。これには、将来のHiLumi LHC実験で2つの粒子ビームを分離する二極磁石が含まれています。この二極磁石は、わずか数回のトレーニング失超を経て目標電流に達しました。修正された磁石回路は、単独および共同運転時に設計電流にも達しました。同時に、テストは磁石保護システムも検証しました。必要に応じて、最大38メガジュール（MJ）の蓄積された磁気エネルギーを安全に放出し、1.9ケルビン（-456華氏度）の液体ヘリウムに保持しました。
「すべての回路の成功した供給は、IT Stringハードウェア調整段階の完了を示しています」と、IT String運用部門の責任者であるSamer Yammineは指摘しました。「この活動は大量のデータを生成し、現在私たちはこれらのデータを分析して、すべてのシステム間の相互作用をよりよく理解しようとしています。」継続的な分析は、超伝導磁石、冷却電源システム、電源コンバータ、瞬間失超検出と保護、低温技術、真空、制御および調整を含んでいます。これらの結果は、HiLumi LHCの調整および将来の運転を最適化するのに役立ちます。
さらなるテストは9月に再開される予定です。IT String施設の責任者であるMarta Bajkoはプレスリリースで、「9月の第2回運転活動は、主に調整手順と分析ツールの検証、全体システム性能の再現性を示すことに集中します」と述べました。