The D2 magnets for the LHC luminosity upgrade : from prototype to series construction

The Large Hadron Collider (LHC) is the world’s largest and highest-energy particles collider. The Luminosity Upgrade of the LHC by almost a factor of 10, from 10^34 to 10^35 interactions per unit of area and time, involves large modifications of the magnets near the interaction regions. Luminosity is proportional to the number of collisions that occur in a given period. The higher the luminosity, the more data is generated and the greater the likelihood of observing rare processes. In this framework, the double-aperture separation/recombination dipoles D2 were re-designed by the National Institute for Nuclear Science of Genoa, while their construction was committed to ASG Superconductors S.p.A. The D2 dipoles are superconducting magnets that break the parallelism of the beams to allow them to interact. These magnets are twin dipoles that generate a magnetic field of up to 4.5T in apertures of 105mm and a magnetic length of 7.78m providing a field integral of 35Tm with the same direction of the magnetic field in both apertures. To get to the series production of 6 magnets, two steps were necessary to understand and solve all the problems of the project. The first consists in the construction of a 1.6 m long model of the magnet, to study the problems of its extremities which are the most critical part. The next step consists in the construction of a prototype of the 8 meter long D2 magnet which is still in progress. The prototype is a complete magnet that could be used in the accelerator. The objectives of the thesis are: to follow all the construction processes analyzing the related problems, the active participation in the quality control measurements and the study of the improvements to be made to the series production deriving from the experience with the prototype. All that is presented in this thesis is what has been done up to now in ASG superconductors since the construction of the prototype is still in progress.

Il Large Hadron Collider (LHC) è il più grande e più potente collisore di particelle del mondo. L’upgrade della luminosità del LHC di quasi un fattore 10, da 10^34 a 10^35 interazioni per unità di superficie e secondo, comporta grandi modifiche dei magneti vicino al regioni di interazione. La luminosità è proporzionale al numero di collisioni che si verificano in un dato periodo. Maggiore è la luminosità, più dati vengono generati e maggiore è la probabilità di osservare eventi rari. In questo quadro, i dipoli D2 a doppia apertura per la separazione e ricombinazione del fascio sono stati riprogettati dall’Istituto Nazionale di Scienze Nucleari di Genova, mentre la loro costruzione è stata affidata a ASG superconductors S.p.A. I dipoli D2 sono magneti superconduttori che rompono il parallelismo dei fasci per permettere la loro interazione. Questi magneti sono costituiti da dipoli gemelli che generano un campo magnetico fino a 4.5 T in aperture di 105 mm di diametro e una lunghezza magnetica di 7.78 m con un integrale di campo di 35 T*m e con la stessa direzione del campo magnetico. Per arrivare alla produzione in serie di 6 magneti sono stati necessari due passaggi per comprendere e risolvere tutte le problematiche del progetto. La prima consiste nella costruzione di un modello del magnete lungo 1.6 m, per studiare i problemi delle sue estremità che sono la parte più critica. Il passo successivo consiste nella costruzione di un prototipo del magnete D2 che è tuttora in corso. Il prototipo è un magnete completo che potrebbe essere utilizzato nell’acceleratore. Gli obiettivi della tesi sono: seguire tutti i processi costruttivi analizzando le relative problematiche, la partecipazione attiva alle misure di controllo qualità e lo studio delle migliorie da apportare alla produzione in serie derivanti dall’esperienza con il prototipo. Tutto ciò che viene presentato in questa tesi è ciò che è stato fatto finora nei ASG superconductors poiché la costruzione del prototipo è ancora in corso.