Speciális mágnesek tervezése, szimulációja részecskegyorsítókhoz

Hasonló dokumentumok
Részecskegyorsítók. Barna Dániel. University of Tokyo Wigner Fizikai Kutatóközpont

A CERN, az LHC és a vadászat a Higgs bozon után. Genf

Vélemény Siklér Ferenc tudományos doktori disszertációjáról

Indul az LHC: a kísérletek

Mikrofizika egy óriási gyorsítón: a Nagy Hadron-ütköztető

Az LHC kísérleteinek helyzete

Milyen eszközökkel figyelhetők meg a világ legkisebb alkotórészei?

A CERN bemutatása. Horváth Dezső MTA KFKI RMKI és ATOMKI Hungarian Teachers Programme, 2011

Nehézion ütközések az európai Szupergyorsítóban

Silvas János. Beszámoló a svájci utazásról

Állandó permeabilitás esetén a gerjesztési törvény más alakban is felírható:

A részecskefizika kísérleti eszközei

Gyorsítók a részecskefizikában

A fizikaoktatás jövője a felsőfokú alapképzésben

Megmérjük a láthatatlant

Részecskefizikai gyorsítók

Az LHC adatfeldolgozásának számítástechnikai háttere 10 percben. Hajdu Csaba KFKI RMKI

ILC, a nemzetközi lineáris ütköztető: terv vagy ábránd?

A nagy hadron-ütköztető (LHC) és kísérletei

Európai Nukleáris Kutatási Szervezet Európai Részecskefizikai Laboratórium. 58 év a részecskefizikai kutatásban

Bemutatkozik a CERN Fodor Zoltán

A CERN beszerzési politikája és eljárása

Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre

GÁZTÖLTÉSŰ RÉSZECSKEDETEKTOROK ÉPÍTÉSE CONSTRUCTION OF GASEOUS PARTICLE DETECTORS

Detektorok. Fodor Zoltán. Wigner fizikai Kutatóközpont. Hungarian Teachers Programme 2015

Tényleg megvan a Higgs-bozon?

3


HOGYAN CSINÁLHATUNK HÁZILAG HIGGS BOZONT?

100% BIO Natur/Bio kozmetikumok és testápolás

RUBIK KOCKÁBAN A VILÁG

Európai Nukleáris Kutatási Szervezet Európai Részecskefizikai Laboratórium. 62 év a részecskefizikai kutatásban

Innovatív gáztöltésű részecskedetektorok

FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

Bevezetés a részecskefizikába

A CERN NA61 kísérlet kisimpulzusú részecskedetektorának építése és fizikai analízise

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Bemutatkozik a CERN. Fodor Zoltán HTP2015, Fodor Zoltán: Bemutatkozik a CERN

Bevezetés a részecskefizikába

kapillárisok vizsgálatából szerzett felületfizikai információk széleskörűen alkalmazhatók az anyagvizsgálatban, vékonyrétegek analízisében.

ELSŐ ZH-kédések kidolgozása: BY HENTES

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Az LHC első éve és eredményei

A legkisebb részecskék a világ legnagyobb gyorsítójában

Feladatok GEFIT021B. 3 km

Fizikaverseny, Döntő, Elméleti forduló február 8.

A SZUPRAVEZETÉS. Fizika. A mágneses tér hatása a szupravezető állapotra

ALICE: az Univerzum ősanyaga földi laboratóriumban. CERN20, MTA Budapest, október 3.

ÚJ NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉSI MÓDSZEREK TECHNOLÓGIAI ELEMEINEK FEJLESZTÉSE

Részecskegyorsítók a hétköznapokban: ipari alkalmazások kezdőknek és haladóknak. Simonyi 100 nyitóelőadás

Vákuumtechnológia, kriogenikus és szupravezető kitekintéssel. Cseh Gábor ELTE

Big Data. A CERN, mint a. egyik bölcsője... Barnaföldi Gergely Gábor. Berényi Dániel & Biró Gábor & Nagy-Egri Máté Ferenc & Andrew Lowe

Theory hungarian (Hungary)

FORD FOCUS FOCUS_2016_V8_MASTER_240x185 Cover.indd /10/ :52:23

CERN: a szubatomi részecskék kutatásának európai központja

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Óriási gyorsítók és pirinyó részecskék: az LHC első két éve

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

FORD FIESTA FIESTA_2014_240x185 Cover_V3.indd /10/ :49:22

MÁGNESES TÉR, INDUKCIÓ

Első éves hallgatók fizika és kémia tudása

Az erő iránya a vezetők között azonos áramirány mellett vonzó, ellenkező irányú áramok esetén taszító.

ebben R a hajó ellenállása, H vontató esetén a kifejtendő kötél-vonóerő, t a hajó szokásos értelmezésű szívási tényezője,

I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

Töltött részecske multiplicitás analízise 14 TeV-es p+p ütközésekben

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

X. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia

TÖKéletes KVARKFOLYADÉK

Parciális differenciálegyenletek numerikus módszerei számítógépes alkalmazásokkal Karátson, János Horváth, Róbert Izsák, Ferenc

Többet látni... Többet nyújtani... testo 875 és testo 881

Kísérleti és elméleti TDK a nagyenergiás magfizikai területein

Részecskés Kártyajáték

PROJEKT-TERVEZÉS ÉS FINANSZÍROZÁS A projekt ütemezése. Munkalebontási szerkezet (WBS)

Kozmikus sugárzás a laborban...?

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Mikrokozmosz - makrokozmosz: hova lett az antianyag?

6. AZ EREDMÉNYEK ÉRTELMEZÉSE

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Kondenzátorok. Fizikai alapok

ENERGIA MŰHELY 1. rendezvény. Az európai tárolói piac jövője Mozgatórugók és kihívások

Siker vagy kudarc? Helyzetkép az LHC-ról

Antiprotonok a CERN-ben

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

Kincskeresés kozmikus részecskékkel

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by OTKA MB augusztus 18. Hungarian Teacher Program, CERN 1

PhD értekezés tézisei

Mikrofluidika I. - Alapok

Gördülőcsapágyak kenése nagy fordulatszámok esetén

AutoN cr. Automatikus Kihajlási Hossz számítás AxisVM-ben. elméleti háttér és szemléltető példák február

Miből áll a világunk? Honnan származik? Miért olyan, mint amilyennek látjuk?

Kísérleti eszközök fejlesztése a nagyenergiájú fizika számára. Development of experimental methods for the high-energy physics.

m² ár 410 FS24 Bio fenyő (Falco) méretrevágva Ft és 20m² között m² ár Táblaméret Élzárás 0,4mm Hasonló szín Felület méretrevágva Vastagság

A karrier galamb. MGKSZ Bíráló tanfolyam Szakdolgozat. Szabó Gábor

ESR színképek értékelése és molekulaszerkezeti értelmezése

8. Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése jegyzőkönyv

NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja

Egzakt hidrodinamikai megoldások alkalmazása a nehézionfizikai fenomenológiában néhány új eredmény

MÁSODIK TÍPUSÚ TALÁLKOZÁS A MÁTRÁBAN CLOSE ENCOUNTERS OF THE SECOND KIND IN MÁTRA HILL

Mérési jegyzőkönyv Szem optikája A mérés helyszíne: A mérés időpontja: A mérést végezte: A mérést vezető oktató neve:

Alkalmazott kutatások kozmikus részecskék detektálásával

Átírás:

Speciális mágnesek tervezése, szimulációja részecskegyorsítókhoz Barna Dániel Wigner Fizikai Kutatóközpont Tokyoi Egyetem, CERN (Varga Dezső tolmácsolásában)

Részecskegyorsító hierarchia CMS LHC Egy gyűrű dinamikai tartománya véges, kb. 1 nagyságrendet tud növelni az energián Tipikus gyorsítórendszer több fokozatból áll SPS Az egyes gyűrűk közötti nyaláb-átvitelhez be (injection) és ki (ejection) kell lőni a nyalábot a gyűrűbe/ből Álló céltárgyas kísérletekhez szintén ki kell lőni a nyalábot a gyűrűből Alice West Area Atlas PSB PS East Area LHC-b Tipikus megoldás: kicker + szeptum mágnesek kombinációja p Pb ionok Leir

Kicker + szeptum Kicker mágnes Nagyon gyorsan kapcsolható de viszonylag gyenge keringő nyaláb Fókuszáló kvadrupól Nulla mágneses tér Defókuszáló kvadrupól Ugyanez működik kilövéskor is (ejection), csak fordított irányú nyilakkal Szeptum mágnes feladata: erős homogén + nulla mágneses teret létrehozni nagyon közel egymáshoz. A két területet határoló fal (=szeptum latinul) minél vékonyabb legyen (6-20 mm) - nyalábveszteségek + kicker mágnes erejét csökkentendő...

Hagyományos szeptum mágnes Üzemmód: Konstans tér (a gyűrű kilövési/belövési energiájára állítva) energiafogyasztás Tekercselés vízhűtéssel Pulzált (csak a belövés/kilövés pillanatában) anyag elfáradása a hatalmas mágneses erők hatására VASMAG B kick Keringő nyaláb vákuumcső Be/kilőtt nyaláb vákuumcső További nehézségek: Komoly védelem szükséges ha a kicker mágnes csak félig sülne el, a nyaláb tönkretenné a szeptum tekercselését

Eddy current szeptum Pulzált működés A gyorsan változó mágneses tér örvényáramokat kelt a szeptumban Ezek leárnyékolják a mágneses teret a keringő nyaláb helyén (Lenz törvény) Csak addig tart az effektus, amíg az örvényáramok le nem csengenek Tekercselés Vasmag Réz szeptum (1-3 mm) eltérített nyaláb keringő nyaláb

LHC: meg kell szabadulni a nyalábtól!!! Egy LHC nyaláb teljes energiája: 362 MJ!!! = 200 m hosszú, 150 km/h sebességű TGV mozgási energiája Ez tönkre tudja tenni magát a gyűrűt!!! ~10 óráig kering ez a nyaláb (ütközések), ez után már csökken az intenzitása, meg kell tőle szabadulni (beam dump) De akkor is, ha a legkisebb hibát észlelik bárhol a gyűrűben A kicker+szeptum mágnesek alapvető fontosságú eszközök!! Állandóan követniük kell a nyaláb energiáját (vészhelyzetre...), nem lehet pulzált LHC: Lambertson szeptum (kicker és szeptum eltérítése merőlegesek) áram Vasmag kick keringő nyaláb (luk a vasmagban)

LHC: meg kell szabadulni a nyalábtól!!! Egy LHC nyaláb teljes energiája: 362 MJ!!! = 200 m hosszú, 150 km/h sebességű TGV mozgási energiája Ez tönkre tudja tenni magát a gyűrűt!!! ~10 óráig kering ez a nyaláb (ütközések), ez után már csökken az intenzitása, meg kell tőle szabadulni (beam dump) De akkor is, ha a legkisebb hibát észlelik bárhol a gyűrűben A kicker+szeptum mágnesek alapvető fontosságú eszközök!! Állandóan követniük kell a nyaláb energiáját (vészhelyzetre...), nem lehet pulzált LHC: Lambertson szeptum (kicker és szeptum eltérítése merőlegesek) LHC Injection septum A gyűrű másik nyalábja

FCC Future Circular Collider - Study Elfogadott 5 éves projekt Cél: kidolgozni egy 100 km hosszú, 50+50 GeV-es proton-proton ütköztető megvalósíthatósági tanulmányát Új hardware koncepciók kidolgozása Prototípusok építése A munkacsoportok az engedd szabadjára a fantáziádat elv alapján látnak neki CERN TE-ABT-SE szekció: új szeptum mágnes koncepciók kidolgozása (1-2 év), prototípus építés (2 év után) Korai fázisban van lehetőség bekapcsolódni

FCC szeptum mágnesek Tervezett injection (belövés) 3.3 TeV-en (LHC-nál kisebb energia) megvalósítható jelenlegi technológiával is Ejection (kilövés) a beam dump felé: 400 m hosszú 1 Tesla erősségű mágneses tér kellene 2.4 mrad (0.14 ) eltérítéshez Szivattyúk, diagnosztika stb-vel együtt: 540 m Problémák: Jó lenne erősebb tér, de vasmag szaturálódik ( szupravezető?) Mágnesek energiafogyasztása ( szupravezető?) Szeptum védelme a nyalábtól ( massless septum?) A következő néhány fólián bemutatok néhány ígéretes irányt...

FCC szeptum ötletek Létezik olyan 2D áram konfiguráció, ami a szükséges teret hozza létre Vasmag használata nélkül ( szupravezető, hogy erős teret hozzon létre!) Minden áram azonos polaritású ( máshol jön vissza ) Emiatt kevésbé hatékony (mágneses tér vs. áram) Viszont: a két nyaláb között nincs szeptum (azaz elválasztó fal): massless septum - biztonságos! Közel nulla tér Homogén tér B y éles átmenet nulla és homogén tér között S. Fartoukh: A semi-analytical method to generate an arbitrary 2D magnetic field and determine the associated current distribution, LHC Project Report 1012 B x közel nulla az átmeneti zónán kívül Megvalósítható ez bipoláris ( oda-vissza ) áramokkal is, a nagyobb B-I hatékonyság végett? Milyen drót-konfigurációval?

FCC szeptum ötletek Az előző konfigurációt egy ügyes algebrai algoritmus találta meg. Ugyanez bipoláris áramok esetén ilyesmit ad A megoldások nem egyértelműen meghatározottak. Van-e ennél jobb konfiguráció? Pl massless, ahol nincs áramvezető a két nyaláb között. Ez a 'cél' nem adható meg az algoritmusnak. További numerikus optimalizáció irányítottan, ilyen konfigurációk megtalálására...?

FCC szeptum ötletek szupravezető árnyékolás Meissner effektus: szupravezető kiszorítja a mágneses teret (ha B<B c ), a belsejében nincs mágneses tér Baj: kritikus tér Bc túl kicsi gyakorlati szempontból. Nem használható. 2-es típusú szupravezető: nulla ellenállás, ha B<Bc (=15 Tesla pl. Nb-Ti ötvözetre) Ahogy növeljük a külső mágneses teret, az indukált örvényáramok leárnyékolják a mágneses teret (Lenz törvény) = eddy current septum De: mivel nulla az ellenállás, ez végtelen sokáig így is marad. Nem kell pulzált üzemmódot használni. LHC-ban, FCC-ben is használható lenne (?)

FCC szeptum ötletek szupravezető árnyékolás Tekercselés Kilőtt nyaláb helye Keringő nyaláb Réz blokk szupravezető páncéllal (néhány mm szupravezető le tud árnyékolni néhány Tesla teret!!) Stabilitás (hőmérséklet, pl ha nyaláb felfűti...)

Erre számíthatsz, erre számítok Hardware-fejlesztéshez szükséges szemlélet, mérnöki beütés Engedd szabadon a fantáziádat... de tudj megoldani nagyon konkrét földhözragadt problémákat is Mathematica és/vagy 3D szimulációs programok megtanulása Hasznos: C++, numerikus módszerek ismerete És ha minden jól megy, egy hosszabb távú munkakapcsolat esetén prototípus fejlesztés, tesztelés... Kapcsolat: Barna Dániel ()