Diapositiva 1

CORRAL
CORRettori per l’Alta luminosità ad LHC
una proposta per la realizzazione dei
prototipi di magneti correttori multipolari
in tecnologia superferrica
per le regioni di interazione ad alta luminosità di
HL-LHC
Milano, CDS, 27 giugno 2013
Giovanni Volpini
premessa: HL-LHC
L’obiettivo principale di HL-LHC (High Luminosity LHC) è l’implementazione di nuove
componenti di macchina e lo studio dei nuovi parametri di fascio che permettano a LHC di
raggiungere i seguenti valori:
Luminosità di picco di 5×1034 cm-2s-1 con levelling;
Una luminosità integrata di 250 fb-1 per anno, puntando a un totale di 3,000 fb-1 entro dodici anni
dall’entrata in funzione della macchina aggiornata. Tale valore di luminosità è circa dieci volte en
la luminosità attesa nei primi 10 anni di funzionamento di LHC.
A questo scopo vengono sviluppate diverse tecnologie, fra le quali quadrupoli ad altro gradiente in
Nb3Sn per le rgioni di interazione, crab-cavities, links superconduttori in MgB2, e vengono studiate
nuove configurazioni di fascio per il funzionamento della macchina.
L’istallazione del nuovo hardware è prevista attorno al 2022-2023.
Luminosity (cm-2 s-1)
1.E+35
Nominal
35
1035 - no levelling
8.E+34
Levelling at 5 10
6.E+34
34
4.E+34
HL-LHC è finanziato in parte attraverso il Collaborative
Project HiLumi (FP7, 2011-15), cui l’ INFN partecipa con
11 anni uomo del suo personale a LNF e MI-LASA, e riceve
un finanziamento dell’UE di 567 k€.
HL-LHC è ufficialmente sostenuto dall’ ESG
2.E+34
0.E+00
0
2
4
6
8
time (hours)
10
12
CORRAL è una parte di HL-LHC, aggiuntiva
agli impegni INFN già presenti sotto l’egida di
HiLumi.
Giovanni Volpini, Consiglio di Sezione, 27 giugno 2013
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Obiettivi di CORRAL
- progettazione
- costruzione
- collaudo criogenico
nel periodo 2014-2016 di cinque prototipi dei magneti superconduttori
superferrici in NbTi (4-polo per la correzione della componente skew, 6-polo, 8polo, 10-polo e 12-polo) per le regioni di interazioni di HL-LHC .
Verrà realizzato anche un prototipo che utilizzerà l’ MgB2 anziché il NbTi
Questo progetto non comprende la realizzazione della serie, composta da un
totale di 48 magneti delle varie tipologie.
Giovanni Volpini, Consiglio di Sezione, 27 giugno 2013
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Design preliminare del 4-polo e del 6-polo
460
150
800
Giovanni Volpini, Consiglio di Sezione, 27 giugno 2013
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il superconduttore
Il progetto di riferimento utilizza un filo in NbTi, tecnologia
pienamente matura.
In alternativa, stiamo considerando la fattibilità dell’impiego di MgB2,
garantendo così margini di temperatura superiori, utili in un ambiente
sottoposto a un elevato carico termico generato dalla radiazione
proveniente dal punto di interazione.
(Tc: NbTi 9.2 K, MgB2 39 K).
0.7 mm
L’impiego di MgB2 costituirebbe un aspetto qualificante sia per la novità
tecnologica, sia per le ricadute industriali (l’italiana Columbus
Superconductors è una delle due o tre ditte in grado di realizzare un
simile materiale a livello mondiale), e darebbe seguito ai risultati del
progetto Marimbo (INFN, GrV, 2005-2007) che aveva permesso la
costruzione e il collaudo con pieno successo di un dimostratore di dipolo
superferrico in MgB2.
3.0 mm
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Previsione dei costi & persone coinvolte
Tabella Riassuntiva costi sulla durata del progetto
Materiali, incluso il cavo SC
€ 113,000
filo SC (NbTi e MgB2), ferro per il giogo, inox, plastiche
Lavorazioni meccaniche presso officine esterne
€ 122,500
alle macchine CNC, elettroerosione, avvolgimento, impregnazione
Attrezzature per la costruzione
€ 65,000
avvolgitrice, macchine per impregnazione
Attrezzature per il collaudo
€ 150,000
criostati, passanti di corrente, connessione attrezzature esistenti
Costi laboratorio
€ 110,000
attrezzature, loro manutenzione, consumo criogenico
Missioni
€ 30,000
Totale
€ 590,500
E’ previsto il coinvolgimento di due ricercatori e di cinque tecnici
progettisti ed elettronici, oltre al supporto dell’officina meccanica,
servizio elettronica e della criogenia.
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Piano temporale
year 1
Overall time schedule
4-, 8-, 10-,
12, -pole
manufacture
Test station
upgrade
6-pole
construction
1
2
3
4
5
6
7
year 2
8
9
10
11 12 13 14 15 16
year 3
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
6-pole design
Winding procedure setup
Impregnation procedure
Material procurement: SC +
components for the 6-pole
Components machining
Assembly and cryogenic test
Design of the upgrade of the
exsisting cryostat
Cryostat upgrade
Specifications for the other
comoponents (transfer lines,
Purchase of the other
Design of the long cryostat
Manufacture of the long
8- 10- pole design
4- 12-pole design
Material procurement fot the
4- 8- 10- 12- pole
Manufacture 8- 10- pole
4- 12- pole construction
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Call Gr V
Stiamo preparando una richiesta da presentare nell’ambito della Call in Gr V
recentemente aperta.
La struttura, attualmente in fase di discussione preliminare , dovrebbe essere :
Settore:
Acceleratori
Argomento:
Magneti superconduttori per i futuri acceleratori e detector
WP1:
WP2:
WP3:
WP4:
preliminare
Magneti correttori superferrici
(MI) HiLumi
Progettazione EM e meccanica del dipolo D2 per HL-LHC (GE) HiLumi
Sviluppi filo superconduttore basse perdite per magneti fast-cycled
(NA,MI) CRISP NTA-DiscoRap
Avvolgimenti superconduttori YBCO per futuri magneti da acceleratori e
detector EuCard2 (NA)
rosso progetti europei di riferimento
azzurro progetti INFN di riferimento
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quadro delle partecipazioni ai
progetti europei
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Valore progetto
(parte INFN)
Finanziamento
UE a INFN (*)
Finanziamento
UE a MI (*)
Resp. Nazionale
Inizio formale
conclusa
in corso
in corso
in corso
in corso
Finanziamento
UE
Status
EuCARD (HFM)
EuCARD2 (HE-LHC)
HiLUMI
CRISP
SR2S
Costo totale
Progetto
FP7: quadro generale
31.2
25.0
17.6
10.0
10.0
5.0
2.0
0.69
0.40
0.57
0.35
0.55
0.06
0.20
0.24
2.7
2.2
0.9
1.1
0.4
0.7
S. Guiducci
G. Volpini
G. Volpini
R. Antici
R. Battiston
01/04/2009
01/05/2013
01/11/2011
01/10/2011
01/01/2013
fondi centrali
fondi centrali
cifre in
M€
(*) incluso overhead
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
EuCARD (HFM)
EuCARD2 (HE-LHC)
HiLUMI
CRISP
SR2S
FP7
Horizon 2020
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CRISP
Abbiamo da diverso tempo considerato come passo successivo la
progettazione, costruzione e test di un secondo modello corto, con un design
elettromagnetico migliorato e un cavo superconduttore più performante. Due
anni, impegno economico pari a 1.2 M€
Nonostante le ripetute espressioni di fiducia e di incoraggiamento del
management di FAIR, non si è riusciti ad avere alcuna forma di finanziamento
da parte tedesca.
Come unico passo in avanti, abbiamo presentato con CERN e GSI alla UE
(FP7) il progetto CRISP , per la costruzione di una bobina collarata per il
secondo magnete. Il progetto è stato approvato, con un finanziamento
all ‘INFN per le attività costruttive presso ASG di 350 k€, realizzata con il cavo
superconduttore già approntato nell’ambito degli sviluppi di DISCORAP.
Conclusione prevista all’inizio del 2014.
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EuCARD
(European Coordinated Accelerator
Research and Development)
EuCARD integra diverse attività di sviluppo tecnologico e progettuale (JRA), di
network (NA), e di accesso transnazionale (TA), finalizzate al miglioramento delle
prestazioni degli acceleratori di particelle europei.
Iniziata nel 2009, conclusa nell’aprile 2013
Attività con coinvolgimento del LASA:
WP7, HFM (High Field Magnet) : costruzione di un dipolo superconduttore in Nb3Sn,
B = 13 T x dia 100 mm, obiettivo di assoluto rilievo a livello mondiale.
All’interno di questo magnete verrà inserito un ulteriore avvolgimento realizzato in
superconduttore ad alta temperatura critica; l’insieme dei due magneti permetterà
di raggiungere un campo centrale di 19 T.
MI ha contributo allo studio del quench combinato nei due magneti e alla
caratterizzazione dei materiali superconduttori.
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EuCARD2
EuCARD2 prosegue gli obiettivi di EuCARD: Attività con personale INFN:
tre network: LowERings (Low Emittance Rings) XBEAMS (Extreme Beams) EuroNNAc2
(European Network for Novel Accelerators)
due attività di ricerca: ANAC (Novel Acceleration Technique) e MAG (HTS Magnets for a
HEP collider).
Iniziata nel maggio 2013, conclusione aprile 2017
MI è coinvolta sul WP10 MAG (HTS magnet for a HEP collider) che ha come
obiettivo lo sviluppo del primo magnete superconduttore in materiale ad alta
temperatura critica con caratteristiche adatte per un acceleratore per fisica della alte
energie, in grado cioè di generare un campo dipolare di 20 T in un campo di
background opportuno. Un tale magnete permetterebbe di realizzare un “High Energy
LHC” all’interno del tunnel esistente con una energia nel centro di massa di
16+16 TeV.
MI contribuisce alla caratterizzazione del materiale superconduttore, alla progettazione
del magnete e avrà la responsabilità del collaudo a freddo del magnete della stazione
di test verticale, già sviluppata nell’ambito del progetto DISCORAP.
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HiLumi-LHC
HiLumi-LHC è un design study che comprende tutte le attività relative a un upgrade
di luminosità di LHC, con l’obiettivo di raggiungere L = 5 ·1034 cm-2 s-1 dopo il 2020. Le
attività comprendono: ottica dei fasci, magneti superconduttori, crab cavities,
collimatori.
In corso dal novembre 2011, conclusione nell’ottobre 2015
MI è coinvolta in due work-packages:
WP3 (Magnet Design): studio del quench nei quadrupoli in Nb3Sn del tripletto interno
e dei dipoli di separazione D1 D2 nei punti di intersezione.
WP6 (Cold powering) linee di trasporto superconduttive fra i magneti in caverna e le
unità di alimentazione in superficie.
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SR2S
(Space Radiation
Superconduting Shield)
SR2S (Space Radiation Superconduting Shield) si propone lo studio della
tecnologia dello schermaggio attivo dei raggi cosmici tramite campi magnetici generati
da magneti superconduttori, per la protezione degli astronauti durante viaggi
interplanetari.
Uno dei punti di forza del progetto è la presenza di realtà di primissimo piano a livello
mondiale sia nel campo della superconduttività applicata che della tecnologia
aerospaziale: oltre l’ INFN partecipano il CEA, il CERN, la Thales-Alenia Space Italia, la
Compagnia Generale per lo Spazio (già Carlo Gavazzi Space) e la Columbus
Superconductors.
MI si occuperà principalmente dello studio del sistema di protezione del
sistema magnetico toroidale.
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