Resistivity characterization of low-impedance collimators for the high luminosity large hadron collider

Many critical components of the LHC will reach the end of theirlifetime due to radiation damage and will thus need to be replaced.The HL-LHC is therefore crucial not only for the full exploitationof the LHC physics potential but also to enable operation of the col-lider beyond 2025 by increasing the luminosity of the machine. Inorder to achieve this goal, different operational parameters of themachine need to be pushed beyond the design values, includingthe stored beam energy. These challenging HL-LHC beam param-eters have an impact on several parts of the collider. One of theobstructions for the achievement of the upgraded performance isthe beam collimation system. Consequently, important upgradesare needed for the overall layout of the collimation system. In par-ticular, different constraints that call for an improvement of thejaw materials used in different kinds of collimators have been iden-tified. The material choice for collimators is crucial in order toincrease the performance of the machine.In this context, the main goal of this thesis was to study differentmeasurement techniques to characterize the electrical resistivity ofthe new collimator materials for HL-LHC and give a solid valida-tion of the coating performance with the expectations. This goalwas pursued along two main lines: a detailed simulation studyto improve measurement performance, and a comprehensive ex-perimental characterization, by several techniques, of the new jawmaterials. Comprehensibly, this is a multi-disciplinary effort thatrequires the interaction with different teams, and the collection ofinformation coming from various types of expertise.

Molti componenti critici del Large Hadron Collider (LHC) raggiungeranno la fine della loro vita a causa di danni da radiazioni e dovranno quindi essere sostituiti. Il Large Hadron Collider ad alta luminosità (HL-LHC) è quindi cruciale non solo per il pieno sfruttamento del potenziale dell'LHC, ma anche per consentirne il funzionamento oltre il 2025, aumentando la luminosità della macchina. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario spingere diversi parametri operativi della macchina oltre i valori di progetto, compresa l'energia immagazzinata dal fascio. Questi ultimi hanno un impatto su diverse parti dell’acceleratore. Uno dei principali ostacoli all’upgrade è il sistema di collimazione del fascio e del suo layout generale,che di conseguenza é necessario aggiornare. In particolare, sono stati identificati diversi vincoli che richiedono un miglioramento dei “Jaw Materials” utilizzati in vari tipi di collimatori. La scelta del materiale per i collimatori è fondamentale per aumentarne le prestazioni.
In questo contesto, l'obiettivo principale di questa tesi é lo studio diverse tecniche di misurazione per caratterizzare la resistività elettrica dei nuovi materiali utilizzati per i collimatori dell’ HL-LHC e validare le aspettative riguardo le prestazioni del rivestimento. Questo obiettivo è stato perseguito tramite due linee principali: uno studio di simulazione dettagliato per migliorare le prestazioni di misurazione ed una completa caratterizzazione sperimentale, con diverse tecniche, dei nuovi “Jaw Materials”. Comprensibilmente, si tratta di uno sforzo multidisciplinare che richiede l'interazione con diversi team e la raccolta di informazioni provenienti da vari tipi di esperienza.