Linac 4 est devenu le premier accélérateur de la chaîne d’injection du LHC

Linac 4 est le dernier accélérateur à rejoindre le complexe du CERN. Crédit: Andrew Hara / CERN

le CERN Control Center (CCC) est à nouveau en effervescence. Le deuxième long arrêt (LS2) a pris fin pour le plus récent accélérateur du CERN – Linac 4 – et le lent réveil du complexe d’accélérateurs après une hibernation de réparation et de récupération de deux ans a commencé. Les trois semaines de développement de la machine jusqu’à la mi-août ont vu des faisceaux à faible énergie d’ions hydrogène négatifs (H^–) survolent la première partie de l’accélérateur pour la première fois depuis qu’il a été connecté au PS Booster. Le 20 août, les premiers faisceaux à l’énergie nominale de 160 MeV ont été accélérés à travers toute la machine et dans une décharge de faisceaux dédiée située à l’extrémité du linac. Au cours des prochains mois, le tout nouvel accélérateur va terminer sa mise en service et sera prêt à livrer divers faisceaux au PS Booster en décembre.

Le CERN est célèbre pour ses accélérateurs circulaires, en particulier le grand collisionneur de hadrons de 27 kilomètres de circonférence. Mais les protons qui circulent dans ces machines plus grosses subissent d’abord une accélération dans un accélérateur linéaire humble et relativement petit, ou linac. En 2018, Linac 2, qui alimentait en protons le complexe d’accélérateurs du CERN depuis 1978, a finalement été retiré, avec le Linac 4 de 86 mètres de long prêt à prendre sa place. Mais une nouvelle machine présente de nouveaux défis pour l’équipe qui l’exploite.

La phase de développement de la machine à partir de fin juillet a été gérée par l’équipe du groupe Accelerators and Beam Physics (ABP) responsable des sources de protons, qui dirigeait également les opérations Linac 2. «ABP a veillé à ce que nous puissions envoyer du faisceau à travers la première structure de Linac 4, le soi-disant quadripôle radiofréquence ou RFQ, avec des pertes de faisceau faibles», note Bettina Mikulec, qui dirige l’équipe du groupe Opérations (OP). qui sont responsables non seulement de Linac 4 mais également du PS Booster. Au cours des trois semaines, ABP a également travaillé à l’optimisation de la source de protons et à son réalignement pour obtenir un meilleur angle pour les particules entrant dans la RFQ. ABP a ensuite remis l’accélérateur pour la mise en service à l’équipe d’OP.

Le comportement du Linac 4 diffère significativement de son prédécesseur, en termes de mise en forme du profil des faisceaux de protons qui sont tirés en aval. «Avec Linac 4, nous pouvons ajuster des paramètres supplémentaires du faisceau afin de pouvoir alimenter le Booster dans un processus sans perte», ajoute Mikulec. «Nous pouvons également adapter la répartition d’énergie des faisceaux pour correspondre à l’acceptation du Booster, alors qu’avec Linac 2, on n’a pratiquement ajusté la longueur du faisceau qu’avant l’injection.» Le nouvel accélérateur injectera des particules dans le PS Booster à une énergie de 160 MeV, nettement plus élevée que le fonctionnement à 50 MeV du Linac 2. Cela permet au Booster d’injecter à son tour des faisceaux à une énergie de 2 GeV dans le synchrotron à protons (PS ), supérieure à la valeur précédente de 1,4 GeV.

La phase de mise en service est cruciale pour l’exploitation à long terme du Linac 4. La qualification de l’équipement, l’optimisation de l’instrumentation du faisceau et bien plus encore ne peuvent être effectuées qu’avec le faisceau dans l’accélérateur. Cette semaine, Linac 4 a été mis en place pour fonctionner à son énergie maximale. «Nous travaillons entre autres avec ABP pour vérifier l’optique de la machine afin de fournir les conditions optimales pour le point d’injection du PS Booster», précise Mikulec.

Les faisceaux sont maintenant envoyés au dump de faisceaux dédié de Linac 4, et à partir de septembre seront envoyés le long de la ligne d’injection vers le PS Booster avant de claquer dans le dump de faisceau situé juste en amont du Booster. L’équipe Linac 4 est de retour en pleine activité et a hâte de livrer le faisceau dans le PS Booster le 7 décembre.