Akcelerator Linac 4, fot. CERN

Dziś, 9 maja 2017 r., w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) odbyła się uroczystość inauguracji akceleratora Linac 4. Ostatni z czterech stopni przyspieszających tego urządzenia wykonano w Świerku. Linac 4 pozwoli na zwiększenie wydajności największego urządzenia badawczego na Ziemi – Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC).

Linac 4 to niemal 90-metrowy akcelerator liniowy, który wstępnie rozpędza cząstki, trafiające następnie do kolejnych urządzeń przyspieszających w kompleksie Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC, Large Hadron Collider). Będzie on rozpędzał jony wodoru do energii kinetycznej 160 milionów elektronowoltów czyli ponad trzykrotnie większej niż jego poprzednik, czterdziestoletni Linac 2. Jednocześnie ponad dwukrotnie zwiększy gęstość paczek rozpędzanych cząstek, dzięki czemu będzie można doprowadzić do większej liczby zderzeń badanych w detektorach LHC.

Akcelerator Linac 4 zawiera aż cztery typy struktur przyspieszających, w których przyspieszane cząstki uzyskują coraz większą energię. Ostatni etap przyspieszania od energii kinetycznej 102 do 160 MeV zachodzi w dwunastu strukturach akceleracyjnych modu Pi (Pi-Mode Accelerating Structures, PIMS) wykonanych w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku. „Każda z 12 zbudowanych przez nas struktur ma 54 cm średnicy i 150 cm długości” – opisuje dr hab. Sławomir Wronka, profesor NCBJ, kierownik Zakładu Fizyki i Techniki Akceleracji Cząstek. „Wewnątrz każdej struktury znajduje się 7 wnęk rezonansowych, w których z częstotliwością ponad 300 milionów Hz drga pole elektromagnetyczne, przyspieszając paczki naładowanych cząstek przelatujące wzdłuż osi struktury”.

Wykonanie zamówienia CERN wymagało kompetencji na najwyższym poziomie. „Przetworzyliśmy 26 ton miedzi, którą trzeba było obrobić z 20 mikronową precyzją na maszynach sterowanych numerycznie” – wyjaśnia mgr inż. Marek Marczenko z Zakładu Aparatury Jądrowej NCBJ. „Z taką samą precyzją trzeba było m.in. zlutować próżniowo 12 rezonatorów wejść mocy o średnicy powyżej pół metra. Najważniejsze prace wykonywaliśmy w białych, lateksowych rękawiczkach, by nie wprowadzić nawet minimalnych zabrudzeń, które zmieniłyby parametry wykonywanych detali i obrabianych powierzchni. Każda z wykonanych struktur przechodziła następnie badania metrologiczne, próżniowe, ultrasonograficzne i elektromagnetyczne. Mieliśmy ogromną satysfakcję, gdy w październiku nastąpiło pierwsze uruchomienie Linaca 4 i okazało się, że wyprodukowane przez nas elementy działają bez zarzutu i znakomicie współpracują z wcześniejszymi stopniami przyspieszającymi”.

PIMSy to nie jedyny wkład NCBJ w powstanie Linaca 4. Naukowcy ze Świerka wykonali również buncher – jedną z pierwszych struktur w jego składzie. Zadaniem bunchera jest grupowanie cząstek w tzw. paczki (ang. bunch), które następnie są rozpędzane w kolejnych układach. „Bez wcześniejszej produkcji bunchera nie byłoby PIMSów” – przekonuje mgr inż. Marczenko. „Na nim nauczyliśmy się wykonywać tak duże elementy z tak wielką precyzją”.

Linac 4 rozpocznie swoją regularną pracę dopiero po przerwie w działaniu akceleratora LHC planowanej na lata 2019-2020. „Możliwość odkrywania kolejnych tajemnic otaczającego nas Wszechświata zależy od wydajności największego urządzenia badawczego na świecie” – tłumaczy dr hab. Krzysztof Kurek, dyrektor NCBJ, uczestnik eksperymentu LHCb. „Niebagatelne znaczenie dla parametrów Wielkiego Zderzacza Hadronów mają poszczególne etapy przyspieszania cząstek. Początek całego procesu to klucz do ostatecznego sukcesu. Jesteśmy dumni, że wykonaliśmy elementy pierwszego stopnia przyspieszania cząstek. Nasze prace nad strukturami PIMS czy buncherem zostały wysoko ocenione przez międzynarodowe środowisko ekspertów. Dzięki doświadczeniom zdobywanym przy udziale w budowie największych urządzeń badawczych, dziś w NCBJ dysponujemy jednym z nielicznych na świecie zespołów ekspertów zajmujących się strukturami przyspieszającymi. Ich kompetencje wykorzystujemy nie tylko do budowy aparatury naukowej, ale także do budowy akceleratorów medycznych, przemysłowych i systemów ochrony bezpieczeństwa”.

9 maja 2017 r. odbyła się w Genewie uroczystość inauguracji nowego akceleratora. Uczestniczyli w niej m.in. przedstawiciele NCBJ z jego dyrektorem Krzysztofem Kurkiem oraz przedstawiciele kilkudziesięciu instytutów i firm z całego świata biorących udział w budowie tego urządzenia.