CERN ハドロン線形加速器

CERN複雑な

現在の粒子および核施設
LHC	陽子と重イオンを加速する
レイル	イオンを加速する
スペクトラム	陽子とイオンを加速する
プレス	陽子を加速する
追伸	陽子またはイオンを加速する
リニアック3	LEIRに重イオンを注入する
リナック4	イオンを加速する
広告	反陽子を減速する
エレナ	反陽子を減速する
イゾルデ	放射性イオンビームを生成する
メディシス	医療目的の同位元素を生産する

CERNハドロン線形加速器は、施設内のより大きな円形加速器で使用できるように、ハドロンビームを停止状態から 加速する線形加速器です。

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  1958年から1992年まで稼働していた最初のCERN線形加速器
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  1978年から2018年まで稼働していたリニアック2は、陽子を加速するために使用されました。
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  リニアック3は現在（2020年現在）イオン加速に使用されている
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  2020年にLinac 2に代わるLinac4は、マイナス水素イオンを加速する

リニアック^[1]は、PSリニアック^[2] 、後にはリニアック1 ^[3]とも呼ばれ、CERN初の線形加速器で、50MeVの陽子を陽子シンクロトロン（PS）に注入するために作られた。1950年代初頭に考案され、その基本設計はイギリスのAEREの同様の加速器に基づいていた。^[4] 最初のビームは1958年に5mAの電流と20μsのパルス長で加速され、これは当時の世界記録であった。^[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50MeVに初めて到達した。^{[4] [5]}

それ以来、リニアックは急速な発展と出力パラメータの継続的な改善の段階を迎えました。これは1978年に最高潮に達し、パルス長100μsで最大陽子電流70mAを達成しました。^[4] 1972年以降、リニアックは陽子をPSに直接送ることはなくなり、陽子シンクロトロンブースター（PSB）に送るようになりました。PSBは、陽子ビームがPSに入る前にすでにより高いエネルギーを可能にするように構築されていました。

1978年にリニアック2が陽子加速の役割を引き継いだ後も、リニアックは引き続き新しい開発のための信頼できるテストベッドとして使われました。これには、 1984年に元のコッククロフト・ウォルトン発生器に代わる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、重陽子、α粒子、H ⁻原子を生成して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、リニアックは}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年の夏に実験に使用されなくなった。^[8]その後、リニアック3号機のためのスペースを確保するために廃止され、トンネルから撤去された。リニアック3号機の建設は、リニアックがトンネルから撤去された後の1992年10月に始まった。リニアックの一部は、ミクロコスム展示の博物館展示品として残っている。^[9]

当初は単に新リニアックと呼ばれていたリニアック2 ^[10]は1973年に発表されました。^[11]古いリニアックはCERNの加速器施設内の他の機械の技術的進歩に追いつくことができなかったため、新しい線形加速器を建設することが決定されました。リニアック2は1978年にCERNの陽子ビームの主源としてリニアック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、ビーム電流は最大150 mA、パルス持続時間は200 μsとより強力になりました。^[12]

当初は、完全に新しい線形加速器を建設するのではなく、最初の Linac をさらにアップグレードすることが検討されていました。しかし、そのような更新のコストは新しい Linac とほぼ同じくらい高額になることがすぐに明らかになりました。この新しい建設のもう 1 つの利点は、その間にダウンタイムを生じさせることなく、1 つの Linac から別の Linac にスムーズに移行できることです。また、この 2 つの Linac アプローチにより、運用開始後数年間は古い Linac が新しい Linac のバックアップとして機能できることもわかりました。

リニアック2の建設は1973年12月に始まり、予算は2130万スイスフランと見積もられ、1978年に完成した。^[13]リニアック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ていた。古いリニアックトンネルに平行な建物内に設置されていた。^[14]

リニアック2は、その寿命を通じて、CERNの加速器システムの進歩に対応するために、いくつかの更新を経てきました。最も重要なアップグレードは、1993年に古い750kVコッククロフトウォルトン発電機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180mAに増加しました。^[15]

2000年代後半には、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を建造するかが検討されました。最終的には、2020年にLinac 2の後継となる新しい加速器Linac4を建造することが決定されました。Linac 2は、2018年11月12日15:00にCERNの加速器ディレクターによって電源が切られ、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。廃止プロセスでは、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できなくなりました。ただし、Linac 2の加速器ハードウェアの多くは（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訪問することができます。

リニアック3は鉛リニアックとも呼ばれ^[16]、リニアック1の旧トンネル内に建設され、1994年夏に稼働しました（建設開始は1992年10月）。リニアック1のテストと科学界からのこのタスク専用の新しいリニアックの建設を求める声の高まりを受けて、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年からの準備を経て、2015年にリニアック3はアルゴンイオンを加速できるように改造され、NA61/SHINE実験で使用されました。^{[18] [19]}

同様に、リニアック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、ユニークなデータ収集が行われた。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だった。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収集することができた。^[20]

Linac 3は少なくとも2022年までは使用される予定である。^[21]

リニアック4は、引退したリニアック2に代わる、全長86メートルの線形加速器です。前身のリニアック4とは異なり、リニアック4は陽子ではなく水素負 イオンを加速し、加速エネルギーは160MeVです。^[22]その後、イオンは陽子シンクロトロンブースター（PSB）に注入され、そこで両方の電子が各水素イオンから剥ぎ取られ、1つの陽子を含む原子核のみが残ります。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削減され、簡素化され、これにより、より多くの粒子がシンクロトロンに蓄積されるようになります。^{[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]

リニアック4は、CERNのメイン敷地内にあるリニアック2と平行して、専用の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、リニアック2の運転と同時に建設できるためです。^[14]

リニアック4は前身のリニアック2に比べてエネルギーを3倍に増加し、160MeVのエネルギーを達成しました。このエネルギー増加と粒子の蓄積増加を組み合わせることで、LHCのビームの強度はほぼ2倍になりました。^[25]これは、 LHCの将来の輝度増加計画の一部です。 ^[26]

リニアック4からPSBへの粒子線の最初の入射は2020年12月に行われました。^[27]

ウィキメディア・コモンズには、 CERN ハドロン線形加速器に関連するメディアがあります。

• CERN ビデオ: Linac4 の紹介
• CERN ビデオ: 3D による Linac4 の仮想訪問