Los aceleradores lineales de hadrones del CERN son aceleradores lineales que aceleran haces de hadrones desde una posición estática para ser utilizados por los aceleradores circulares más grandes de la instalación.
El Linac [1] , a veces denominado PS Linac [2] y mucho más tarde Linac 1 [3], fue el primer acelerador lineal del CERN, construido para inyectar protones de 50 MeV en el Sincrotrón de Protones (PS). Concebido a principios de la década de 1950, su diseño principal se basó en un acelerador similar en AERE en Inglaterra. [4] Los primeros haces se aceleraron en 1958, a corrientes de 5 mA y una longitud de pulso de 20 μs, que era el récord mundial en ese momento. [4] El acelerador estuvo completamente operativo en septiembre de 1959, cuando se alcanzó por primera vez la energía de diseño de 50 MeV. [4] [5]
A partir de entonces, el Linac experimentó una fase de rápido desarrollo y mejora constante de los parámetros de salida, que culminó en 1978, cuando se pudo alcanzar una corriente máxima de protones de 70 mA con longitudes de pulso de 100 μs. [4] A partir de 1972, el Linac ya no entregó los protones directamente a la fuente de alimentación, sino al amplificador de sincrotrón de protones ( Proton Synchrotron Booster , PSB). El PSB había sido construido para permitir energías más altas de los haces de protones incluso antes de que ingresaran a la fuente de alimentación.
Después de que el Linac 2 asumiera la tarea de acelerar protones en 1978, el Linac continuó siendo utilizado como un banco de pruebas confiable para nuevos desarrollos. Esto incluyó la prueba e implementación de un cuadrupolo de radiofrecuencia como acelerador inicial, que reemplazó al generador Cockcroft-Walton original en 1984. Además, se desarrollaron formas de crear y acelerar deuterones, partículas α y átomos de H − . Estos últimos se utilizaron como haces de prueba para LEAR . [4] Desde fines de 1986, el Linac también se utilizó para acelerar iones de oxígeno y azufre . [6] [7]
El Linac dejó de utilizarse en experimentos en el verano de 1992. [8] Luego fue desmantelado y retirado de su túnel para dejar espacio al Linac 3, cuya construcción comenzó en octubre de 1992 después de que el Linac fuera retirado del túnel. Partes del Linac permanecen como piezas de museo en la exposición Microcosmos . [9]
El Linac 2 , al principio simplemente llamado el nuevo Linac [10] , fue anunciado en 1973. [11] Se decidió construir un nuevo acelerador lineal, ya que el antiguo Linac no podía seguir el ritmo de los avances técnicos de las otras máquinas dentro del complejo de aceleradores del CERN. El Linac 2 reemplazó al Linac como fuente principal de haces de protones del CERN en 1978. Mantuvo la misma energía del haz de 50 MeV, pero permitió haces más intensos con corrientes de haz de hasta 150 mA y una duración de pulso más larga de 200 μs. [12]
En un principio, se había pensado en modernizar el primer Linac en lugar de construir un acelerador lineal completamente nuevo. Sin embargo, pronto se hizo evidente que los costes de dicha modernización serían casi tan elevados como los del nuevo Linac. Otro factor a favor de esta nueva construcción fue la posibilidad de garantizar una transición fluida de un Linac al otro sin tiempos de inactividad entre ambos. Además, este enfoque de dos Linac significaba que el antiguo Linac podía servir de respaldo al nuevo Linac durante los primeros años de funcionamiento.
La construcción del Linac 2 comenzó en diciembre de 1973, con un presupuesto estimado de 21,3 millones de francos suizos, y se completó en 1978. [13] El Linac 2 tenía 36 metros de largo y estaba ubicado a nivel del suelo en el sitio principal del CERN. Estaba ubicado en un edificio paralelo al antiguo túnel del Linac. [14]
A lo largo de su vida útil, el Linac 2 pasó por varias actualizaciones para mantenerse al día con los avances del sistema de aceleradores del CERN. La actualización más importante fue la sustitución del antiguo generador Cockcroft-Walton de 750 kV por un cuadrupolo de radiofrecuencia en 1993. Esto elevó la corriente de salida a 180 mA. [15]
A finales de la década de 2000, se consideró si era necesario modernizar el Linac 2 o construir un nuevo acelerador para inyectar partículas en el HL-LHC. Al final, se decidió construir un nuevo acelerador, el Linac4, que sucedería al Linac 2 en 2020. El director de aceleradores del CERN apagó el Linac 2 el 12 de noviembre de 2018 a las 15:00 horas y, posteriormente, lo desmanteló como parte del proyecto de modernización del inyector del LHC. En el proceso de desmantelamiento, el Linac 2 se desconectó de los demás aceleradores del CERN, por lo que ya no se puede utilizar para inyectar partículas en los aceleradores o experimentos del CERN. Sin embargo, gran parte del hardware del acelerador Linac 2 se dejó (a partir de octubre de 2023) en su lugar y ahora se puede visitar como parte de una visita guiada.
El Linac 3 , también conocido como el Linac de plomo [16], se construyó dentro del antiguo túnel del Linac 1 y se puso en servicio en el verano de 1994 (la construcción comenzó en octubre de 1992). Se había construido especialmente para acelerar iones pesados, después de las pruebas con el Linac 1 y una creciente demanda de la comunidad científica sugirieron construir un nuevo Linac dedicado específicamente a esta tarea. [6] Las partículas aceleradas son principalmente iones de plomo , que se proporcionan al LHC y a los experimentos de objetivo fijo en el SPS y el LEIR . Para la puesta en servicio del LEIR, también se aceleraron iones de oxígeno. [17]
Después de los preparativos a partir de 2013, el Linac 3 se adaptó para acelerar los iones de argón en 2015. Estos fueron utilizados por el experimento NA61/SHINE . [18] [19]
De manera similar, en 2017, el Linac 3 aceleró iones de xenón para el programa de física de objetivos fijos de NA61. El 12 de octubre de 2017, estos iones se enviaron al Gran Colisionador de Hadrones (LHC) para una serie única de toma de datos: por primera vez, se aceleraron iones de xenón y colisionaron en el LHC. Durante seis horas, los cuatro experimentos del LHC pudieron tomar datos de los iones de xenón en colisión. [20]
Se espera que el Linac 3 permanezca en uso al menos hasta 2022. [21]
El Linac 4 es un acelerador lineal de 86 metros de longitud que reemplazó al Linac 2, que ya no está en uso. A diferencia de sus predecesores, el Linac 4 acelera iones de hidrógeno negativos , no protones, y tiene una energía de aceleración de 160 MeV. [22] Los iones se inyectan luego en el Proton Synchrotron Booster (PSB), donde se extraen ambos electrones de cada uno de los iones de hidrógeno y, por lo tanto, solo queda el núcleo que contiene un protón. Al utilizar iones de hidrógeno en lugar de protones, se reduce y simplifica la pérdida del haz en la inyección y esto también permite que se acumulen más partículas en el sincrotrón. [23] [24]
El CERN aprobó la construcción del Linac 4 en junio de 2007. El proyecto comenzó en 2008. [9]
El Linac 4 se ha construido en su propio túnel, en paralelo al Linac 2, en el emplazamiento principal del CERN. El motivo de la construcción del acelerador en su propio nuevo túnel es que su construcción podría tener lugar simultáneamente con la operación del Linac 2. [14]
El Linac 4 ha aumentado la energía en un factor de tres respecto a su predecesor, el Linac 2, y ha alcanzado una energía de 160 MeV. Este aumento de energía, combinado con la mayor acumulación de partículas, ha permitido que la intensidad de los haces del LHC casi se duplique. [25] Esto forma parte del aumento de luminosidad previsto para el futuro del LHC. [26]
La primera inyección de un haz de partículas del Linac 4 en el PSB se produjo en diciembre de 2020. [27]
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