Los Hadron Linacs del CERN son aceleradores lineales que aceleran haces de hadrones desde un punto muerto 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, con corrientes de 5 mA y una longitud de pulso de 20 μs, lo que suponía el récord mundial en aquel momento. [4] El acelerador estaba en pleno funcionamiento en septiembre de 1959, cuando se alcanzó por primera vez la energía de diseño de 50 MeV. [4] [5]
A partir de entonces, Linac vivió una fase de rápido desarrollo y mejora constante de los parámetros de salida. Esto culminó en 1978, cuando se pudo alcanzar una corriente de protones máxima de 70 mA con longitudes de pulso de 100 μs. [4] A partir de 1972, el Linac ya no entregaba los protones directamente al PS, sino al Proton Synchrotron Booster (PSB). El PSB se construyó para permitir energías más altas de los haces de protones antes de que ingresen al PS.
Después de que Linac 2 asumiera la tarea de acelerar protones en 1978, el Linac siguió utilizándose como banco de pruebas fiable para nuevos desarrollos. Esto incluyó la prueba y la 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 finales 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 para el 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 exhibición Microcosmos . [9]
Linac 2 , al principio denominado simplemente el nuevo Linac [10], se anunció 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 los demás. máquinas dentro del complejo de aceleradores del CERN. 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]
Originalmente, se había discutido mejorar aún más el primer Linac en lugar de construir un acelerador lineal completamente nuevo. Sin embargo, rápidamente quedó claro que los costes de una actualización de este tipo 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 a otro sin ningún tiempo de inactividad en el medio. Además, este enfoque de dos Linac significó que el antiguo Linac podría proporcionar 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 CHF, y se completó en 1978. [13] El Linac 2 tenía 36 metros de largo y estaba basado en el nivel del suelo en el sitio principal del CERN. Estaba ubicado en un edificio paralelo al antiguo túnel de Linac. [14]
A lo largo de su vida, Linac 2 pasó por varias actualizaciones para mantenerse al día con los avances del sistema de acelerador del CERN. La mejora 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 actualizar el Linac 2 o construir un nuevo linac para inyectar partículas en HL-LHC. Al final se tomó la decisión de construir un nuevo acelerador, el Linac4, que sucedería al Linac 2 en 2020. Linac 2 fue apagado el 12 de noviembre de 2018 a las 15:00 por el director de aceleradores del CERN y posteriormente fue dado de baja como parte del inyector LHC. Proyecto de actualización. Durante el proceso de desmantelamiento, Linac 2 se desconectó de los otros aceleradores del CERN, por lo que ya no se puede utilizar para inyectar partículas en los aceleradores del CERN ni en experimentos. Sin embargo, gran parte del hardware del acelerador Linac 2 permanece (a partir de octubre de 2023) en su lugar y ahora se puede visitar como parte de una visita guiada.
Linac 3 , también conocido como Lead Linac [16], se construyó dentro del antiguo túnel de Linac 1 y se puso en servicio en el verano de 1994 (la construcción comenzó en octubre de 1992). Había sido construido especialmente para acelerar iones pesados, después de que las pruebas con Linac 1 y una demanda creciente de la comunidad científica sugirieran construir un nuevo Linac dedicado específicamente a esta tarea. [6] Las partículas aceleradas son principalmente iones de plomo , que se suministran al LHC y a los experimentos de objetivos fijos en el SPS y LEIR . Para la puesta en servicio del LEIR también se aceleraron los iones de oxígeno. [17]
Después de los preparativos a partir de 2013, en 2015 se adaptó el Linac 3 para acelerar los iones de argón . Estos se utilizaron en el experimento NA61/SHINE . [18] [19]
De manera similar, Linac 3 aceleró iones de xenón en 2017 para el programa de física de objetivos fijos de NA61. El 12 de octubre de 2017, estos fueron entregados al Gran Colisionador de Hadrones (LHC) para una serie única de toma de datos: por primera vez, los iones de xenón se aceleraron y colisionaron en el LHC. Durante seis horas, los cuatro experimentos del LHC pudieron tomar datos de la colisión de iones de xenón. [20]
Se espera que Linac 3 permanezca en uso al menos hasta 2022. [21]
Linac4 (CERN usa este nombre/ortografía), a veces denominado de manera imprecisa Linac 4 (que es un nombre/ortografía no utilizado por el CERN), es un acelerador lineal actual de 86 metros de largo que reemplazó al Linac 2 retirado. A diferencia de sus predecesores, Linac4 acelera iones de hidrógeno negativos , no protones, y tiene una energía de aceleración de 160 MeV. [22] Luego, los iones se inyectan en el potenciador de sincrotrón de protones (PSB), donde ambos electrones se eliminan 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, la pérdida del haz en la inyección se reduce y simplifica y esto también permite que se acumulen más partículas en el sincrotrón. [23] [24]
El CERN aprobó la construcción de Linac4 en junio de 2007. El proyecto comenzó en 2008. [9]
Linac4 se ha construido en su propio túnel, paralelo al Linac 2, en el emplazamiento principal del CERN. La razón para construir el acelerador en su propio túnel nuevo es que su construcción podría realizarse simultáneamente con el funcionamiento de Linac 2. [14]
Linac4 ha triplicado la energía con respecto a su predecesor, Linac 2, y alcanza una energía de 160 MeV. Este aumento de energía, cuando se combina con la mayor acumulación de partículas, ha permitido que la intensidad de los haces del LHC casi duplique su intensidad. [25] Esto es parte del futuro aumento de luminosidad planificado del LHC. [26]
La primera inyección de un haz de partículas de Linac4 en el PSB se produjo en diciembre de 2020. [27]
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