LHC Status: Run III

Beam Dump

Die Gesamtenergie pro Protonenstrahl und höchster LHC Energie beträgt ca. 350 Megajoule. Die Teilchenstrahlen bergen damit eine erhebliche Gefahr für die Maschine. Aus diesem Grund wurde das Beam Protection System konstruiert. Wenn der Strahl nur Bruchteile von seiner Sollumlaufbahn abweichen sollte, wird dies von den zahlreichen Strahlsensoren registriert. Das Beam Protection System berechnet daraufhin die nächste "Ausfahrt" aus dem Hauptring und aktiviert zum richtigen Zeitpunkt die Kickermagnete, welche die Protonen aus den beiden Hauptringen leiten. Dieser Vorgang geschieht innerhalb von 3 Ringumläufen, was weniger als einer tausenstel Sekunde entspricht. An diese Kickermagnete werden ganz besonders hohe Anforferungen gestellt, da die Abstände der Bunches lediglich 4 μs beträgt und die Magnete in dieser Zeit hochgefahren sein müssen. Die Protonen werden dann über zwei (pro Strahlrohr) je 750 Meter lange Tunnel, zu einem sog. Beam Dump geführt. In einer kleinen Halle wird der Strahl in einen 7 m langen und 70x70 cm breiten, wassergekühlten Graphitblock geleitet, welcher mit einem Stahlmantel umgeben ist. Darum herum wurden 750 Tonnen massive Eisenblöcke gestapelt. Die Energie der Protonen wird in diesem Beam Dump gefahrlos in Wärmeenergie (bis zu 800 Grad Celsius) umgewandelt.

Der Beam Dump kommt aber nicht nur bei Notfällen zum Einsatz. Bei höchster LHC Energie können die beiden Teilchenstrahlen bis zu 10 Stunden im Ring ihre Runden drehen. Durch die ständigen Kollisionen, innerhalb der grossen Detektoren, wird sich die Luminosität dann aber soweit verringert haben, dass der Strahl im Beam Dump entsorgt werden muss.



Im Hintergrund verläuft das Strahlrohr Richtung Beam Dump Quelle: CERN


Beam Dump Quelle: CERN


Bei P 6 findet die Strahlauskopplung Richtung Beam Dump statt Quelle: CERN



Weitere Absorber

Neben dem Beam Dump bei Punkt 6, werden noch weitere Absorber, für spezielle Aufgaben, eingesetzt. So stehen auf beiden Seiten, der 4 grossen LHC-Detektoren, jeweils tonnenschwere Absorber. Wird ein Teilchenstrahl in einen solchen Dump geleitet, entstehen dadurch Teilchenschauer, welche von dem Detektor registriert werden kann. Die Daten dieser sog. Splash-Ereignisse, können zu einer ersten Kalibrierung des Detektors verwendet werden. Dies ermöglicht das Zusammenspiel der einzelnen Detektorelemente, zeitlich genau (im Nano-Sekundenbereich) aufeinander abzustimmen.
In den beiden Transferlinien Tl2 und Tl8, rund 300 Meter vor ALICE und dem LHCb, befinden sich sog. TED's (Transfer line External beam Dump). Diese rund 4 Meter langen Absorber, bestehen aus einem Graphitstab der mit einer speziellen Legierung (Wolfram/Kupfer/Aluminium) und durch einen Eisenmantel umschlossen ist. Im LHC-Tunnel selbst, ca. 50 Meter nach den Injektionsstellen befinden sich weitere Absorber, sog. TDI's (Transfer line Internal beam Dump). Das Strahlrohr kann durch diese Absorber gesperrt werden, indem das Absorbermaterial durch Schrittmotoren in den Strahllauf gefahren wird. Die Energie des Teilchenstrahls hinterlässt im Absorbermaterial einen energetischen Fingerabdruck. Dies kann zur Überprüfung der Fluglage und Verteilung der Teilchenpakete dienen.


TDI mit geschlossenem (links) und offenem Strahlgang (rechts) Quelle: CERN


Installation eines TED-Absorbers im TI2 Tunnel. Quelle: CERN