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CERNのハドロン線形加速器は、静止状態からハドロンビームを加速し、施設内のより大型の円形加速器で使用するための線形加速器である。
Linac [ 1 ]は、PS Linac [ 2 ] や、後にLinac 1 [ 3 ]と呼ばれることもあり、CERN 初の線形加速器で、陽子シンクロトロン(PS)に 50 MeV の陽子を注入するために建設されました。1950 年代初頭に構想され、その基本設計はイギリスのAEREにある同様の加速器に基づいています。 [ 4 ] 最初のビームは 1958 年に加速され、電流 5 mA、パルス長 20 μs で、当時世界記録でした。[ 4 ] 加速器は 1959 年 9 月までに完全に稼働し、設計エネルギー 50 MeV に初めて到達しました。[ 4 ] [ 5 ]
それ以降、リニアックは急速な発展と出力パラメータの絶え間ない改善の段階を経た。これは1978年に頂点に達し、 パルス長100μsで最大70mAの陽子電流 を達成できるようになった。[ 4 ] 1972年以降、リニアックは陽子を直接PSに送るのではなく、陽子シンクロトロンブースター（PSB）に送るようになった。PSBは、陽子ビームがPSに入る前にすでに高エネルギーになるように構築されていた。
1978年にLinac 2が陽子の加速を担当するようになってから、Linacは新しい開発のための信頼できるテストベッドとして引き続き使用されました。これには、 1984年に元のCockcroft–Waltonジェネレーターに取って代わった最初の加速器としての高周波四重極のテストと実装が含まれます。さらに、重水素、α粒子、H−原子を生成および加速する方法が開発されました。後者はLEARのテストビームとして使用されました。[ 4 ] 1986年後半からは、Linacは酸素イオンと硫黄イオン の加速にも使用されました。[ 6 ] [ 7 ]
リニアックは1992年の夏に実験での使用を終了した。[ 8 ]その後、リニアック3の建設用地を確保するため、トンネルから撤去され、廃止された。リニアック3の建設は、リニアックがトンネルから撤去された後の1992年10月に開始された。リニアックの一部は、ミクロコスム展示室に博物館の展示品として残っている。[ 9 ]
Linac 2 は、当初は単に新しい Linac [ 10 ]と呼ばれていましたが、1973 年に発表されました。[ 11 ]旧 Linac では CERN の加速器複合施設内の他の装置の技術的進歩に追いつけなかったため、新しい線形加速器を建設することが決定されました。Linac 2 は1978 年に、CERN の主要な陽子ビーム源として Linac に取って代わりました。ビームエネルギーは 50 MeV のままでしたが、最大 150 mA のビーム電流と 200 μs のより長いパルス持続時間で、より強力なビームが可能になりました 。[ 12 ]
当初は、全く新しいリニアアクセラレータを建設するのではなく、既存のリニアアクセラレータをさらにアップグレードする案が検討されていました。しかし、アップグレードにかかる費用が新しいリニアアクセラレータの建設費用とほぼ同額になることがすぐに明らかになりました。この新しい建設案を支持するもう一つの理由は、稼働停止期間を一切設けることなく、一方のリニアアクセラレータからもう一方のリニアアクセラレータへスムーズに移行できる可能性があったことです。また、この2台のリニアアクセラレータを用いる方式は、稼働開始後数年間、既存のリニアアクセラレータが新しいリニアアクセラレータのバックアップとして機能することを意味していました。
Linac 2 の建設は 1973 年 12 月に開始され、推定予算は 2130 万スイスフランで、1978 年に完成しました。[ 13 ] Linac 2 は長さ 36 メートルで、CERN のメインサイトの地上に設置されました。古い Linac トンネルと平行な建物内にありました。[ 14 ]
Linac 2は、CERNの加速器システムの進歩に対応するため、その運用期間を通じて何度かアップデートを受けてきました。最も重要なアップグレードは、1993年に古い750 kVのコッククロフト・ウォルトン発生器を無線周波数四重極に交換したことです。これにより出力電流が180 mAに増加しました。[ 15 ]
2000年代後半、HL-LHCに粒子を注入するために、Linac 2をアップグレードするか、新しいLinacを建設するかが検討されました。最終的に、2020年にLinac 2の後継として新しい加速器であるLinac4を建設することが決定されました。Linac 2は、2018年11月12日午後3時にCERNの加速器担当ディレクターによって停止され、その後、LHCインジェクターアップグレードプロジェクトの一環として廃止されました。廃止プロセスにおいて、Linac 2はCERNの他の加速器から切り離されたため、CERNの加速器や実験に粒子を注入するために使用することはできなくなりました。しかし、Linac 2の加速器ハードウェアの大部分は（2023年10月現在）そのまま残されており、ガイド付きツアーの一環として見学することができます。
Linac 3 （リード Linac [ 16 ]とも呼ばれる）は、以前の Linac 1 のトンネル内に建設され、1994 年の夏に稼働を開始しました（建設は 1992 年 10 月に開始）。Linac 1 でのテストと科学コミュニティからの需要の高まりを受けて、このタスク専用の新しい Linac を建設することが提案されたため、重イオンを加速するために特別に建設されました。[ 6 ] 加速される粒子は主に鉛イオンで、 LHCやSPSおよびLEIRの固定ターゲット実験に供給されます。LEIR の稼働開始時には、酸素イオンも加速されました。[ 17 ]
2013年から準備が進められた後、2015年にLinac 3はアルゴンイオンを加速するように改造されました。これらはNA61/SHINE実験で使用されました。[ 18 ] [ 19 ]
同様に、Linac 3 は2017 年に NA61 の固定ターゲット物理プログラムのためにキセノンイオンを加速しました。2017 年 10 月 12 日、これらは大型ハドロン衝突型加速器(LHC) に運ばれ、ユニークなデータ取得が行われました。キセノンイオンが LHC で加速され衝突したのはこれが初めてでした。6 時間にわたり、LHC の 4 つの実験で衝突するキセノンイオンのデータを取得することができました。[ 20 ]
Linac 3は少なくとも2022年までは使用され続けると予想されている。[ 21 ]
Linac 4は、現在稼働中の全長 86 メートルの線形加速器で、廃止された Linac 2 の後継機です。前身機とは異なり、Linac 4 は陽子ではなく負の水素イオンを加速し、加速エネルギーは 160 MeV です。[ 22 ]イオンはその後、陽子シンクロトロンブースター(PSB) に注入され、そこで各水素イオンから両方の電子が剥ぎ取られ、陽子 1 個を含む原子核だけが残ります。陽子の代わりに水素イオンを使用することで、注入時のビーム損失が低減され、簡素化され、シンクロトロンに蓄積される粒子数も増加します。[ 23 ] [ 24 ]
CERNは2007年6月にLinac 4の建設を承認した。プロジェクトは2008年に開始された。[ 9 ]
Linac 4は、CERNのメインサイトにあるLinac 2と並行する専用トンネル内に建設されました。加速器を専用の新しいトンネル内に建設する理由は、Linac 2の運転と同時に建設を進めることができるためです。[ 14 ]
Linac 4 は、前身の Linac 2 に比べてエネルギーを 3 倍に増加させ、160 MeV のエネルギーを達成しました。このエネルギー増加は、粒子の蓄積量の増加と相まって、LHC のビーム強度をほぼ 2 倍にすることができました。[ 25 ]これは、LHC の将来のルミノシティ増加計画の一部です。 [ 26 ]
Linac 4 から PSB への粒子ビームの最初の注入は 2020 年 12 月に行われた。[ 27 ]
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