Az FCC-hh gyorsító nyalábkicsatolási hardware tervezése Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Nagyenergiás fizika Tagozat.

Az FCC-hh gyorsító nyalábkicsatolási hardware tervezése

Helyezés: 1

Hallgató: Facskó Benedek
Szak: Fizika, Képzés típusa: bsc, Intézmény: Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazető: Barna Dániel - tud. Főmunkatárs, N N Wigner Fizikai Kutatóintézet

A nagyenergiás gyorsítógyűrűk generációjában a Nagy Hadronütköztetőt (LHC) a Future Circular Collider (FCC) követi majd az európai részecskefizika stratégia idén nyáron kiadott tervei alapján. Az új gyorsító megépítésére várhatóan az elődjében rejlő lehetőségek kiaknázása után kerül majd sor 2040 körül. A tervek szerint az FCC négyszer hosszabb, 100 km-es körpályával, és nyolcszor nagyobb, 50+50 TeV-os ütközési energiával tágítja majd tovább a nagyenergiás kutatások határait.

A nyalábban tárolt hatalmas, 8,3 GJ energia biztonságok kezelése pontos tervezést, és nagy odafigyelést igényel. Felmerül a kérdés, hogy mit csinálhatunk ekkora energiájú nyalábbal, hogyha ki szeretnénk vezetni a gyűrűből. Ez történik minden ütközési ciklus végén, illetve akkor is, hogyha valamiféle meghibásodás történik a gyűrűben.

A kicsatolt energiát el is kell nyelnie valaminek, viszont nem létezik olyan anyag, ami egyetlen pontban el tudná viselni a teljes 8.3 GJ energiát. Ezért a gyűrűből történő kicsatolás után változó mágneses tereken áthaladva térül majd el a nyaláb, és egy precíz spirális mintában söpör majd végig egy széntömb, a nyalábtemető felületén. Az előzetes tervek szerint a spirális mintát két egymásra merőleges, exponenciálisan csillapodó oszcilláció hozná létre. Ez könnyen megvalósítható, viszont egyenetlen energiaeloszláshoz vezet. Így vagy a mintának, vagy a nyalábtemető energiabírásának a megnövelése válik szükségessé. Az általam javasolt minta két különböző frekvenciájú oszcilláció lebegését használja ki mind a két tengelyen. Ezen minta meghatározása és optimalizálása a munkám és a jelen dolgozatom egyik témája.

A dolgozatom másik része a szükséges spirált létrehozó hardware elrendezés megtervezéséről és optimalizálásáról szól. Az egyik lehetséges elrendezés szerint (ez szerepelt az eredeti tervekben mint koncepció) két, a nyaláb útjába elhelyezett különálló dipól mágnes szett fogja a nyalábot manipulálni, az egyik vertikális, a másik horizontális irányban. A két szett között ezenkívül a nyaláb fókuszálása éri majd el, hogy a második szett méretét is alacsonyan tarthassuk. Másik lehetséges, általam kitalált módszer lenne a két dipól mágnesrendszert modulonként felváltva elhelyezni. Ez a megoldás több modult igényel, viszont nem kell fókuszálást beépítenünk.

Munkám során ezt a két lehetséges leosztási koncepciót vizsgáltam és optimalizáltam számos különféle kezdeti paraméterezés esetére.