El preinyector LEP (LPI) fue la fuente inicial que proporcionó electrones y positrones al complejo acelerador del CERN para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) desde 1989 hasta 2000.
LPI comprendía el inyector LEP Linac (LIL) y el acumulador de positrones de electrones (EPA) .
Historia
Después de que se iniciara la construcción del LEP Collider en septiembre de 1983, el diseño de su esquema de inyección, el LEP Pre-Injector (LPI), se finalizó en 1984. La construcción se planificó e implementó en estrecha colaboración con Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) en Orsay, Francia. Dado que antes no había habido aceleradores de electrones / positrones en el CERN, LAL era una valiosa fuente de conocimientos y experiencia a este respecto. [1]
El primer haz de electrones con una energía de 80 keV se produjo el 23 de mayo de 1985. [2] LIL inyectó electrones con una energía de 500 MeV en EPA a partir de julio de 1986, y poco después de que EPA alcanzara su intensidad de diseño. Lo mismo se logró para los positrones en abril de 1987, [1] por lo que el complejo LPI estuvo en pleno funcionamiento en 1987. [3] Durante los siguientes dos años, el sistema de aceleración se puso en marcha aún más, pasando los haces de electrones y positrones a través de LIL, EPA , el Sincrotrón de Protones (PS), el Sincrotrón de Super Protones (SPS), hasta llegar finalmente a LEP. La primera inyección en el anillo de LEP se logró el 14 de julio de 1989, un día antes de lo previsto originalmente. Las primeras colisiones se realizaron el 13 de agosto y la primera ejecución de física, que permitió que los experimentos de LEP tomaran datos, tuvo lugar el 20 de septiembre [4].
LPI sirvió como fuente de electrones y positrones para LEP desde 1989 hasta el 7 de noviembre de 2000, cuando se entregaron los últimos haces a LEP. Sin embargo, la fuente continuó funcionando para otros experimentos hasta abril de 2001 (ver la sección a continuación). [5] Después de esto, se inició el trabajo para convertir la instalación de LPI para que se utilice en la instalación de pruebas CLIC 3 (CTF3), que llevó a cabo una investigación preliminar y un desarrollo para el futuro Compact Linear Collider (CLIC). La conversión se realizó por etapas, y la primera etapa (la denominada Fase Preliminar) comenzó la puesta en servicio del acelerador en septiembre de 2001. [6] A fines de 2016, CTF3 dejó de operar. A partir de 2017, se transformó en el Acelerador de Electrones Lineales para Investigación CERN (CLEAR). [7]
Operación
LPI comprendía el inyector LEP Linac (LIL) , que tenía dos partes ( LIL V y LIL W ), así como el acumulador de positrones de electrones (EPA) .
LIL constaba de dos aceleradores lineales en tándem, con una longitud total de aproximadamente 100 metros. Primero, en el punto de partida de LIL V, se crearon electrones con una energía de 80 keV mediante una pistola termoiónica . [8] LIL V luego aceleró los electrones a altas corrientes a una energía de alrededor de 200 MeV. Estos se aceleraron aún más o se usaron para crear positrones, sus antipartículas . Al comienzo de LIL W, que siguió directamente detrás de LIL V, los electrones se dispararon a un objetivo de tungsteno , donde se produjeron los positrones. En LIL W, tanto los electrones como los positrones podrían acelerarse a 500 MeV a corrientes más bajas que en LIL V. En los informes iniciales, LIL se diseñó para alcanzar energías de haz de 600 MeV. Sin embargo, durante los primeros meses de funcionamiento, quedó claro que una energía de salida de 500 MeV permitía un funcionamiento más fiable de la máquina. [8]
LIL constaba de la llamada S banda Linacs . Estos aceleradores lineales utilizaban un klistrón pulsado de 35 MW que impulsaba cavidades de microondas a una frecuencia de 3 GHz, lo que aceleraba los electrones y positrones. [8]
Después de pasar por LIL, las partículas se inyectaron en EPA, los electrones giraron en el sentido de las agujas del reloj y los positrones en el sentido contrario. Allí, ambos tipos de partículas se acumularon para lograr suficientes intensidades de haz y para hacer coincidir la salida de alta frecuencia de LIL (100 Hz) con la frecuencia a la que operaba el PS (aproximadamente 0,8 Hz). Después de pasar EPA, las partículas se entregaron al PS y SPS para una mayor aceleración, antes de que llegaran a su destino final, LEP. [9] EPA tenía una circunferencia de 125,7 m, que correspondía exactamente a una quinta parte de la circunferencia de PS '. [10]
Otros experimentos
LPI no solo proporcionó electrones y positrones a LEP, sino que también alimentó diferentes experimentos e instalaciones de prueba ubicadas directamente en la infraestructura de LPI.
El primero de ellos fue el experimento Hippodrome Single Electron (HSE) . La inusual solicitud de electrones individuales fue realizada en marzo de 1988 por la colaboración L3 . A finales de 1988, la configuración estaba funcionando, lo que permitió una calibración precisa del detector L3 , que se instalaría en LEP poco después. [11]
Aquellas partículas que no fueron desviadas hacia EPA cuando provenían de LIL, fueron dirigidas directamente a una "línea de descarga". Allí, en medio del anillo de la EPA, se instaló el Área Experimental LIL (LEA) . Los electrones que llegaban allí se utilizaron para muchas aplicaciones diferentes a lo largo de la operación de LIL, probando y preparando detectores de LEP y posteriores LHC . Lo más famoso es que las fibras ópticas de uno de los calorímetros de CMS se probaron aquí en 2001 durante el tiempo de preparación del LHC. [5]
Además, las dos instalaciones de luz de sincrotrón SLF 92 y SLF 42 utilizaron la radiación de sincrotrón emitida por los electrones que rodeaban la EPA. Hasta principios de 2001, los efectos de la radiación de sincrotrón en las cámaras de vacío del LHC se estudiaron en SLF 92 con el experimento COLDEX. [12] SLF 42 se utilizó para la investigación de las tiras absorbentes , que se estaban preparando para ser utilizadas en las cámaras de vacío del LHC. [5]
El éxito final de LPI fue el experimento PARRNe : los electrones proporcionados por los rayos gamma generados por LPI , que se utilizaron para crear átomos de xenón y criptón radiactivo ricos en neutrones. [13] [5]
Referencias
- ^ a b Servidor de documentos CERN | DJ Warner: Linacs nuevos y propuestos en el CERN: The LEP (e + / e-) Injector and the SPS Heavy Ion (Pb) Injector (1988) Recuperado el 24 de julio de 2018
- ↑ CERN bulletin n ° 24 (1985) Recuperado el 30 de julio de 2018
- ^ https://www.researchgate.net/publication/257069402_Fifty_years_of_the_CERN_Proton_Synchrotron_Volume_2
- ^ Servidor de documentos CERN | S. Myers: The LEP Collider, desde el diseño hasta la aprobación y puesta en servicio (1990) Recuperado el 30 de julio de 2018
- ^ a b c d CERN Bulletin 20/2001: LPI sale con una nota alta Recuperado el 31 de julio de 2018
- ^ Servidor de documentos CERN | G. Geschonke y A. Ghigo (editores): CTF3 Design Report (2002) Consultado el 31 de julio de 2018
- ^ Página de inicio oficial de CLEAR recuperada el 31 de julio de 2018
- ^ a b c G. McMonagle et al: The Long-Term Performance of the S-Band Klystron Modulator System in the CERN LEP Pre-Injector (2000) Consultado el 30 de julio de 2018
- ^ Servidor de documentos CERN | F. Dupont: Status of the LEP (e + / e-) Injector Linacs (1984) Recuperado el 30 de julio de 2018
- ^ Servidor de documentos CERN | S. Gilardoni, D. Mangluki: Cincuenta años del CERN Proton Synchrotron Vol. II (2013) Recuperado el 10 de julio de 2018
- ^ Servidor de documentos CERN | B. Frammery et al .: Single Electron Beams from the LEP Pre-Injector (1989) Consultado el 31 de julio de 2018
- ^ Servidor de documentos CERN | V. Baglin et al .: Estudios de radiación de sincrotrón de la pantalla de haz dipolar del LHC con COLDEX (2002) Recuperado el 31 de julio de 2018
- ^ Servidor de documentos CERN | S. Essabaa et al .: El estudio de una nueva área experimental PARRNe utilizando un linac de electrones cerca del tándem de Orsay (2002) Recuperado el 31 de julio de 2018