LEP 프리인젝터

LEP Pre-Injector(LPI)는 1989년부터 2000년까지 LEP(Large Electron-Positron Collider)를 위한 CERN의 가속기 콤플렉스에 전자와 양전자를 제공한 초기 소스였다.

LPI는 LEP Injector Linac(LIL)과 EPA(Electron Positron Acumulator)를 구성했다.

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  LEP 인젝터 리낙

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  전자-포시트론 변환기가 있는 LIL-W

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  전자 양전자 축전기

역사

1983년 9월 LEP 충돌기의 기공식을 거쳐 1984년 LEP 프리인젝터(LPI) 설계가 확정됐다. 이 공사는 프랑스 오르세이의 노동교화교(LAL)와 긴밀히 협력하여 기획, 시행되었다. 이전에는 CERN에 전자/양전자 가속기가 없었기 때문에, LAL은 이와 관련하여 귀중한 전문 지식과 경험의 원천이었다.^[1]

80 keV의 에너지를 가진 최초의 전자 빔은 1985년 5월 23일에 생산되었다.^[2] LIL은 1986년 7월부터 EPA에 500 MeV의 에너지를 가진 전자를 주입했으며, EPA가 설계 강도에 도달한 직후에 EPA에 주입했다. 1987년 4월 양전자에서도 같은 결과가 나왔기 때문에 1987년 LPI 복합체가 완전하게 가동되었다.^[1][3] 이후 2년 동안 가속계통은 추가로 위탁되어 LEL, EPA, 프로토온 싱크로트론(PS), 슈퍼 프로토온 싱크로트론(SPS)을 통해 전자 및 양전자 빔을 실링하여 마침내 LEP에 도달하게 되었다. LEP의 링에 대한 첫 주사는 당초 예정보다 하루 빠른 1989년 7월 14일에 달성되었다. 첫 번째 충돌은 8월 13일에 수행되었고 첫 번째 물리 실행은 9월 20일에 LEP의 실험이 이루어졌다.^[4]

LPI는 1989년부터 LEP에 마지막 빔이 전달된 2000년 11월 7일까지 LPI의 전자와 양전자의 원천 역할을 하고 있었다. 그럼에도 불구하고, 2001년 4월까지 그 소스는 다른 실험을 위해 계속 작동했다(아래 섹션 참조).^[5] 이후 미래 컴팩트 선형 충돌기(CLIC)를 위한 예비 연구 개발을 실시한 CLIC 시험설비 3(CTF3)에 사용될 LPI 설비를 변환하기 위한 작업이 시작되었다. 전환은 단계별로 이루어졌으며, 2001년 9월에 1단계(일명 예타 단계)가 가속기 커미셔닝을 시작했다.^[6] 2016년 말, CTF3는 가동을 중단했다. 2017년부터 연구용 CERN 선형 전자 가속기(CLEAR)로 변신했다.^[7]

작전

LPI는 두 개의 부품(LIL V와 LIL W)을 가진 LEP Injector Linac(LIL)과 EPA(Electron Positron Acumulator)를 구성했다.

LIL은 두 개의 선형 가속기로 구성되었고, 총 길이는 약 100m이다. 먼저, LIL V의 시작점에서, 열전자에 의해 80 keV의 에너지를 가진 전자가 생성되었다.^[8] 그 후 LIL V는 높은 전류에서 전자를 약 200 MeV의 에너지로 가속시켰다. 이것들은 더 가속되거나 그들의 항정신병인 양전자를 만드는 데 사용되었다. LIL V 바로 뒤에 이어진 LIL W의 시작에서 전자는 텅스텐 표적 위로 쏘아져 양전자가 생산되었다. LIL W에서는 전자와 양전자가 모두 LIL V에서보다 낮은 전류에서 500 MeV로 가속될 수 있다. 초기 보고서에서 LIL은 600 MeV의 빔 에너지에 도달하도록 설계되었다. 그러나 작동 첫 달 동안 500 MeV의 출력 에너지가 기계의 보다 신뢰할 수 있는 작동을 가능하게 한다는 것이 명백해졌다.^[8]

LIL은 소위 S 밴드 리낙스로 구성되었다. 이 선형 가속기는 35 MW의 펄스 클라이스트론을 사용하여 전자와 양전자를 가속시키는 3 GHz의 주파수로 마이크로파 구멍을 구동했다.^[8]

LIL을 통과한 후, 입자들은 EPA에 주입되었고, 전자는 시계 반대 방향으로 회전하고 양전자는 시계 반대 방향으로 회전했다. 그곳에서 두 입자 타입 모두 충분한 빔 강도를 달성하고, PS가 작동한 주파수(약 0.8Hz)에 LIL(100Hz)의 고주파 출력을 일치시키기 위해 축적되었다. EPA를 통과한 후, 추가 가속을 위해 PS와 SPS에 입자가 전달되었고, 최종 목적지 LEP.^[9] EPA의 둘레는 125.7m로 PS 둘레의 정확히 5분의 1에 해당한다.^[10]

기타 실험

LPI는 LEP에 전자와 양전자를 제공할 뿐만 아니라 LPI의 인프라에 직접 위치한 다른 실험과 시험설비를 공급했다.

그 중 첫 번째는 히포드롬 단일 전자(HSE) 실험이었다. 단일 전자에 대한 특이한 요청은 1988년 3월 L3 협업에 의해 이루어졌다. 1988년 말경에는 LEP에 곧 설치될 예정이었던 L3 검출기의 정밀한 교정을 가능하게 하는 설정이 실행되고 있었다.^[11]

LIL에서 나올 때 EPA로 굴절되지 않은 입자는 "덤프 라인"으로 직진했다. 거기서 EPA 링의 중간에는 LEA(LEL Experimental Area)가 설치되었다. 그곳에 오는 전자는 LEL의 작동, LEP 및 이후 LHC의 검출기 시험 및 준비 내내 많은 다른 용도에 사용되었다. 가장 유명한 것은 CMS의 칼로리미터 중 하나에 대한 광섬유가 LHC의 준비 시간인 2001년에 이곳에서 시험되었다.^[5]

또한 두 개의 싱크로트론 광 설비 SLF 92와 SLF 42는 EPA 주위를 돌고 있던 전자가 방출하는 싱크로트론 방사선을 사용했다. 2001년 초까지, 싱크로트론 방사선이 LHC의 진공 챔버에 미치는 영향은 CHOLDEX 실험과 함께 SLF 92에서 연구되었다.^[12] SLF 42는 LHC의 진공 챔버에 사용될 준비를 하고 있는 게터 스트립에 대한 연구에 사용되었다.^[5]

LPI의 최종 성공은 PARRNe 실험이었다. 중성자가 풍부한 방사성 크립톤과 제논 원자를 만드는 데 사용된 LPI에서 생성된 감마선에 의해 제공된 전자들.^[13][5]

참조