CERNハドロン線形加速器
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最初の CERN 線形加速器の内部

CERNハドロン線形加速器は、施設内のより大きな円形加速器で使用できるように、ハドロンビームを停止状態から 加速する線形加速器です。

  • 1958年から1992年まで稼働していた最初のCERN線形加速器
    1958年から1992年まで稼働していた最初のCERN線形加速器
  • 1978年から2018年まで稼働していたリニアック2は、陽子を加速するために使用されました。
    1978年から2018年まで稼働していたリニアック2は、陽子を加速するために使用されました。
  • リニアック3は現在（2020年現在）、イオン加速に使用されている。
    リニアック3は現在（2020年現在）、イオン加速に使用されている。
  • 2020年にLinac 2に代わるLinac4は、負の水素イオンを加速し、電子を剥ぎ取る。
    2020年にLinac 2に代わるLinac4は、負の水素イオンを加速し、電子を剥ぎ取る。

リニアック

リニアック[ 1 ]は、PSリニアック[ 2 ] 、そして後にリニアック1 [ 3 ]とも呼ばれ、 CERN初の線形加速器で、50MeVの陽子を陽子シンクロトロン（PS）に入射するために建設されました。1950年代初頭に構想され、その基本設計はイギリスのAEREにある同様の加速器に基づいていました。 [ 4 ] 最初のビームは1958年に5mAの電流と20μsのパルス幅で加速され、これは当時の世界記録でした。[ 4 ] 加速器は1959年9月に全面稼働し、設計エネルギー50MeVに初めて到達しました。[ 4 ] [ 5 ]

それ以来、リニアックは急速な発展と出力パラメータの継続的な改善の段階を迎えました。これは1978年に最高潮に達し、パルス長100μsで最大陽子電流70mAを達成しました。[ 4 ] 1972年以降、リニアックは陽子をPSに直接送るのではなく、陽子シンクロトロンブースター（PSB）に送るようになりました。PSBは、陽子ビームがPSに入る前に、より高いエネルギーにすることができるように設計されていました。

1978年にリニアック2号が陽子加速の役割を引き継いだ後も、リニアックは新規開発のための信頼性の高いテストベッドとして引き続き利用されました。これには、1984年に元のコッククロフト・ウォルトン発生器に代わる最初の加速器として導入された高周波四重極の試験と実装が含まれます。さらに、重陽子、α粒子、H原子を生成・加速する方法が開発されました。H原子はLEARのテストビームとして使用されました。[ 4 ] 1986年後半以降、リニアックは酸素イオンと硫黄イオン の加速にも使用されました。[ 6 ] [ 7 ]

リニアックは1992年の夏に実験に使用されなくなりました。[ 8 ]その後、リニアック3号機の設置場所を確保するために廃止され、トンネルから撤去されました。リニアック3号機の建設は、リニアックがトンネルから撤去された後の1992年10月に開始されました。リニアックの一部は、ミクロコズム展示室に展示されています。[ 9 ]

リニアック2

当初は単に新リニアックと呼ばれていたリニアック2 [ 10 ]は1973年に発表されました[ 11 ]。旧リニアックはCERNの加速器施設内の他の装置の技術進歩に追いつくことができなかったため、新しい線形加速器を建設することが決定されました。リニアック2は1978年にリニアックに取って代わり、CERNの陽子ビームの主力源となりました。ビームエネルギーは50 MeVのままでしたが、ビーム電流は最大150 mA、パルス幅は200 μsと、より強力なビームを可能にしました[ 12 ] 。

当初は、全く新しい線形加速器を建設するのではなく、最初の線形加速器をさらにアップグレードする案が検討されていました。しかし、そのようなアップグレードの費用は新しい線形加速器の建設費用とほぼ同額になることがすぐに明らかになりました。この新設計のもう一つの利点は、ダウンタイムなしで既存の線形加速器から別の線形加速器へスムーズに移行できることでした。また、この2台の線形加速器のアプローチにより、運用開始後数年間は、既存の線形加速器が新しい線形加速器のバックアップとして機能することもできました。

リニアック2の建設は1973年12月に開始され、予算は2130万スイスフランと見積もられ、1978年に完成した。[ 13 ]リニアック2は全長36メートルで、CERN本館の地上階に設置された。旧リニアックトンネルに平行な建物内に設置されていた。[ 14 ]

Linac 2は、その寿命を通じて、CERNの加速器システムの進歩に対応するために、何度かの改修を受けました。最も重要な改修は、1993年に旧式の750kVコッククロフト・ウォルトン発電機を高周波四重極型に交換したことです。これにより、出力電流は180mAに増加しました。[ 15 ]

2000年代後半には、HL-LHCへの粒子入射のために、Linac 2をアップグレードするか、新しいLinacを建設するかが検討されました。最終的には、2020年にLinac 2の後継となる新しい加速器、Linac4を建設することが決定されました。Linac 2は、2018年11月12日15:00にCERNの加速器ディレクターによって停止され、その後、LHC入射器アップグレードプロジェクトの一環として廃止されました。廃止プロセスにおいて、Linac 2はCERNの他の加速器から切り離されたため、CERNの加速器や実験への粒子入射には使用できなくなりました。しかし、Linac 2の加速器ハードウェアの大部分は（2023年10月現在）そのまま残されており、ガイドツアーで見学することができます。

リニアック3

リニアック3 （鉛リニアックとも呼ばれる） [ 16 ]は、リニアック1の旧トンネル内に建設され、1994年夏に稼働開始した（建設開始は1992年10月）。リニアック1の試験と、この用途に特化した新しいリニアックの建設を求める科学界の声が高まり、重イオン加速用に特別に建設された。[ 6 ] 加速される粒子は主に鉛イオンであり、 LHCやSPS 、 LEIRの固定標的実験に供給される。LEIRの稼働開始時には、酸素イオンも加速された。[ 17 ]

2013年からの準備を経て、2015年にリニアック3号はアルゴンイオンを加速できるように改造されました。これらはNA61/SHINE実験で使用されました。[ 18 ] [ 19 ]

同様に、2017年にはリニアック3号機がNA61の固定標的物理プログラムのためにキセノンイオンを加速しました。2017年10月12日、これらのイオンは大型ハドロン衝突型加速器（LHC）に輸送され、ユニークなデータ収集が行われました。LHCで初めてキセノンイオンが加速・衝突されたのです。6時間にわたり、LHCの4つの実験装置は衝突するキセノンイオンのデータを収集しました。[ 20 ]

リニアック3号機は少なくとも2022年までは使用される予定である。[ 21 ]

リニアック4

リニアック4は、引退したリニアック2の後継機として、全長86メートルの線形加速器として稼働しています。前任機とは異なり、リニアック4は陽子ではなく水素負イオンを加速し、加速エネルギーは160MeVです。[ 22 ]イオンは陽子シンクロトロンブースター（PSB）に注入され、そこで水素イオンから電子が2つずつ剥ぎ取られ、陽子1個を含む原子核だけが残ります。陽子の代わりに水素イオンを使用することで、注入時のビーム損失が低減・簡素化され、シンクロトロンにより多くの粒子を蓄積することが可能になります。[ 23 ] [ 24 ]

CERNは2007年6月にLinac 4の建設を承認した。プロジェクトは2008年に開始された。[ 9 ]

リニアック4は、CERNのメイン敷地内にあるリニアック2と平行な専用トンネル内に建設されました。この加速器を専用の新トンネル内に建設した理由は、リニアック2の運転と同時進行できるようにするためです。[ 14 ]

リニアック4は、前身のリニアック2に比べてエネルギーを3倍に増加させ、160MeVのエネルギーを達成しました。このエネルギー増加と粒子蓄積量の増加により、LHCのビーム強度はほぼ2倍になりました。[ 25 ]これは、LHCの将来的な輝度増加計画の一部です。 [ 26 ]

2020年12月に、リニアック4からPSBへの粒子ビームの最初の入射が行われた。[ 27 ]

参考文献

  1. ^ 「1959年 - 1969年：機械の生涯10年」 CERN Courier 9 ( 11): 337–346 . 1969年11月。
  2. ^ Taylor, CS (1964). CERN PS Linacの高電流性能.
  3. ^ Haseroth, H.; Hill, C.; Têtu, P.; Weiss, M.; Wolf, BH; Leible, KD; Spätke, P.; Klabunde, J.; Langenbeck, B. (1986). CERN線形加速器におけるイオン加速 1 .
  4. ^ a b c d e CERN Linac 1の歴史、開発、最近のパフォーマンスArchived 2017-11-26 at the Wayback Machine [Retrieved 2018-07-18]
  5. ^ CERNホームページ:線形加速器1 [2018年7月20日閲覧]
  6. ^ a b D. J. Warner: CERN における新提案線形加速器：LEP (e+/e-) 入射器と SPS 重イオン (Pb) 入射器Archived 2017-11-26 at the Wayback Machine [Retrieved 2018-07-24]
  7. ^ Wolf, BH; Leible, K.; Spädtke, P.; Klabunde, J.; Langenbeck, B.; Angert, N.; Gough, RA; Staples, J.; Caylor, R.; Howard, D.; MacGill, R.; Tanabe, J.; Haseroth, H.; Hill, C.; Tetu, P.; Weiss, M.; Geller, R. (1987). 「CERN Linac 1用重イオン入射装置」核物理学研究セクションA . 258 (1): 1– 8. Bibcode : 1987NIMPA.258....1W . doi : 10.1016/0168-9002(87)90074-X .
  8. ^ CERN文書サーバー: Linac 1の最初のタンク [2011年11月28日閲覧]
  9. ^ a bヒュブナー、クルト;カーリ、クリスチャン。シュテレンバーグ、レンデ。バーネット、ジャン＝ポール。ロンバルディ、アレッサンドラ。ハセロス、ヘルムート。フレテナー、マウリツィオ。キュヒラー、デトレフ。マングルンキ、ジャンゴ。ツィクラー、トーマス。マティーニ、ミシェル。モーリー、ステファン。メトラル、エリアス。ジラルドーニ、シモーネ。モール、ディーター。シャネル、ミシェル。スタインバック、チャールズ。リチャード・スクライブンズ。ルイス、ジュリアン。ルイ・リノルフィ。ジョヴァンノッツィ、マッシモ。ハンコック、スティーブン。プラス、ギュンター。ローランド、ガロビー (2013)。CERN 陽子シンクロトロンの 50 年: 第 2 巻。arXiv : 1309.6923。doi : 10.5170/CERN-2013-005 . ISBN 978-92-9083-391-8. S2CID  117747620 .
  10. ^ 「新型リニアック + 旧型ブースター = 多数の陽子」 [新型リニアック + 「ブースター」 = 陽子の増殖]. CERN Bulletin (45). ジュネーブ: CERN: 1-2 . 1978年11月6日.
  11. ^ “Un nouveau Linac” [新しいリニアック]. CERN 速報(46)。ジュネーブ: CERN: 1. 1973 年 11 月 12 日。
  12. ^ E. Boltezer et al.: The New CERN 50-MeV LINAC (1979) Archived 2017-11-24 at the Wayback Machine [Retrieved 2018-07-10]
  13. ^ CP S用の新しい50 MeV線形加速器のプロジェクト研究(1973) [2018年7月18日閲覧]
  14. ^ a b「10億兆個の陽子の物語」 2018年11月30日。
  15. ^ Linac4 技術設計レポート[2018年7月18日閲覧]
  16. ^ 「鉛イオンを物理学に導く、鉛リニアックでイオンを初めて完全加速」 [Vers l'expérimentation, première pleine accélération des ions dans le linac à ions plomb]. CERN 速報(24)。ジュネーブ: CERN: 1–3。1994年 6 月 13 日。
  17. ^ Dumas, L. 「CERNのハドロン入射器におけるGTS-LHC源の運用」高エネルギー物理学と原子核物理学31（補遺1）：51-54。S2CID 107927154 。 
  18. ^ D Küchler et al.: ECRイオン源をアルゴン残光下で6ヶ月間稼働させないでください！ [2018年7月20日閲覧]
  19. ^ SHINEホームページ: NA61/SHINEが強い相互作用を明らかにする 2018年7月20日アーカイブ、 Wayback Machine [2018年7月20日取得]
  20. ^ CERNホームページ: LHCレポート: キセノンの作用[2018年7月20日閲覧]
  21. ^ CERNホームページ:線形加速器3 [2018年7月20日閲覧]
  22. ^ CERNイエローレポート：モノグラフ（2020年9月18日）. 「CERNイエローレポート：モノグラフ、第6巻（2020年）：Linac 4設計レポート」：14MB. doi：10.23731/CYRM-2020-006 .{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  23. ^ CERNホームページ:線形加速器4 [2018年7月20日閲覧]
  24. ^ 「LHC Run 3: 最終カウントダウン」 2022年2月18日。
  25. ^ M. Meddahi and G. Rumolo, Proc. IPAC'23, ヴェネツィア, イタリア, 2023年5月 (2023-05-01). 「改良型LHCインジェクターの性能」(PDF) . doi : 10.18429/JACoW-IPAC2023-MOXD1 .{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要ですCS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)
  26. ^ 「CERNが新型線形加速器を発表」。Symmetry Magazine 。2017年9月5日閲覧。
  27. ^ 「LS2レポート：ビームはPSブースター内を循環する」CERN。2021年10月29日閲覧。
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