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大型强子对撞机底夸克探测器成功安装光束管

2021-10-19 10:26     来源:CERN     对撞机LHC

今年夏天,LHCb(大型强子对撞机底夸克探测器)探测器重新安装了束管,标志着实验升级的新里程碑。


LHCb 光束管的不锈钢部分用起重机吊到光束线上,并放置在 μ 系统的过滤器之间。 (图片:欧洲核子研究中心)

大型强子对撞机实验即将完成在欧洲核子研究中心加速器综合体第二次长期关闭框架下进行的维护和升级工作。在所有的实验中,LHCb在这两年中经历了最重要的蜕变,即安装一个更快的顶点定位器(VELO),一个新的闪烁纤维粒子跟踪探测器(SciFi),以及升级的环形成像切伦科夫探测器,RICH1和RICH2。虽然LHCb的子探测器和基础设施的安装准备工作仍在进行中,但其束管已在夏天成功地重新安装,这标志着该探测器为LHC3运行所做的准备工作具有里程碑意义。

LHCb 光束管呈圆锥形贯穿整个 LHCb 探测器,这使其不同于其他实验。沿着其 19 m 的总长度, 其直径范围从靠近 LHCb 相互作用点的 50 mm 到实验的介子系统中的 380 mm。束管由四段组成,长度各不相同。其中三个部分由铍制成,长 11.6 m,使 LHCb 成为所有 LHC 实验中最长的铍束管。最后一个也是最大的部分由不锈钢制成。选择光束管的形状和材料以优化其对 LHC 碰撞产生的粒子的透明度。

束管在 LHCb 磁体的孔中具有蜘蛛网状支撑结构,带有铍环和碳纤维绳索和杆,可确保将材料量保持在最低限度。它是在第一次长时间停工期间安装的,是有史以来第一个用于实验的此类结构,并且在当今世界上仍然是独一无二的。支撑结构可能看起来很脆弱,但能够在真空下施加在自身上的巨大力下将束管保持在适当的位置。


最小的铍部分滑入其蜘蛛网状支架内(图片来源:CERN)


LHCb 光束管的安装工作于 4 月开始,涉及多个部门的工程师和技术人员。第一个较小的部分通过RICH1 子探测器插入,并连接到相互作用点周围的VELO真空罐。随后在 7 月中旬安装并仔细对齐蜘蛛网状结构。其余部分随后按明确定义的顺序安装:首先,最长 (7 m) 铍部分滑过RICH2的内部圆柱形护套子探测器。然后,最重(160 公斤)和最大截面的不锈钢锥用起重机吊到光束线上,然后滑入 μ 系统的中心。最后,最轻的铍部分(约 4 公斤)用手小心地安装,将其滑动到磁铁中的蜘蛛网支架上。

一旦这些部分与波纹管连接并进行了检查以确保连接处没有泄漏,则于 8 月中旬开始了用于提高真空质量的烘烤程序。在这一步中,梁管包裹在加热毯中,使其加热至 250 °C。VELO 真空罐和将 LHCb 探测器真空与 LHC 束真空分离的非常薄的射频箔也与束管同时加热。在对真空质量进行最终检查后,取下加热毯,并在大气压下向束管填充氖气,以使其为 10 月份的束流循环做好准备。

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