Terwijl de LHC aan het begin staat van een nieuw seizoen van gegevensverzameling, wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld werken er hard aan om gloednieuwe magneten te ontwikkelen voor de LHC-upgrade, de hoge lichtsterkte LHC (HL-LHC).

Inderdaad, voor deze upgrade, meer dan een kilometer van de LHC-machine moet worden vervangen. Installatie start in 2024, en er zullen ongeveer 100 magneten zijn van 11 nieuwe typen:vier soorten hoofdmagneten (dipool- en quadrupoolmagneten die de bundels buigen en focussen), en zeven verschillende soorten corrigerende magneten.

Vooral, de nieuwe vierpolige hoofdmagneten, die in de invoeggebieden aan weerszijden van de ATLAS- en CMS-detectoren zullen zitten, exploiteren van een belangrijke innovatieve technologie die velden biedt van meer dan 10 Tesla. Ze zijn gemaakt van niobium-tin (Nb3Sn), met behulp van een uniek ontwerp waarmee de maximale magnetische veldsterkte met ongeveer 50% kan worden verhoogd in vergelijking met de huidige LHC-dipolen, waardoor het van ongeveer acht tot ongeveer 12 tesla (T). Ze zullen de balken samenknijpen voor botsingen, ter vervanging van de quadrupolen in de drieling van de LHC. Deze magneten zullen bijdragen aan het verhogen van de geïntegreerde helderheid van de HL-LHC - het totale aantal botsingen - tot een factor 10 boven de ontwerpwaarde van de LHC.

De nieuwe quadrupoolmagneten worden ontwikkeld in het kader van een samenwerking tussen CERN en het LHC-AUP (LHC Accelerator Upgrade Project) consortium, waarbij drie Amerikaanse laboratoria betrokken zijn. Er worden twee typen van deze nieuwe quadrupoolmagneten van twee verschillende lengtes (4,5 meter in de VS en 7,5 meter bij CERN) ontwikkeld.

Nu de ontwerpfase is afgerond, de hoofdmagneten bevinden zich in de prototypefase. Gezien de hoge kosten van de materialen van de magneten, Er worden tests gedaan op kortere modellen (1,5 meter) om de stabiliteit van het ontwerp en de mechanische constructie te beoordelen. Een van de belangrijkste problemen van de Nb3Sn-magneten is het beheer van de thermische contracties, omdat de materialen waaruit de magneet bestaat ingrijpende veranderingen moeten ondergaan, van verhitting tot 650 °C om de supergeleider te maken, en vervolgens afgekoeld tot cryogene temperaturen - die de magneten nodig hebben om in een supergeleidende toestand te werken.

Vorig jaar, een 1,5 meter lange korte model quadrupool, gemaakt van twee spoelen van het LARP (LHC Accelerator Research Program) consortium en twee van CERN, getest in de Verenigde Staten, het bereiken van een piekmagneetveld van 13 T. Een ander kort model, met drie spoelen gemaakt bij CERN en één in de VS, werd later in het jaar ook getest bij CERN, om de reproduceerbaarheid van de prestaties te verifiëren. Het bereikte een piekveld van 12,2 T, boven nominaal magnetisch veld, maar een paar tienden van een tesla onder de doelstelling van ultieme prestaties. In de tweede helft van het jaar zal er nog een herhaling van de assemblage plaatsvinden. Een derde kort model van de drieling aan weerszijden van ATLAS en CMS, en de eerste met een homogene set spoelen, wordt binnenkort getest bij CERN. Het zal een belangrijke test zijn om veel kenmerken van het quadrupoolontwerp te valideren.

In januari 2017, een spoel van 4,5 meter lang over de volledige lengte - een wereldrecordlengte, voor een Nb3Sn-magneet in een versneller - is getest in het Amerikaanse Brookhaven National Laboratory en bereikte de nominale veldwaarde van 13,4 T.

Ondertussen bij CERN, het wikkelen van 7,15 meter lange spoelen is al gestart in het gebouw van de Large Magnet Facility. "Schalpen van één naar zeven meter is absoluut geen triviale taak, en het is een van de belangrijkste technologische uitdagingen van dit project, " zegt Ezio Todesco, een natuurkundige in de sectie SC Magnet Design and Technology, in de Magneten, Groep Supergeleiders en Cryostaten van de afdeling Technologie, die het werk leidt voor het HL-LHC-project dat zich bezighoudt met magneten voor de invoeggebieden. "Tussen het einde van dit jaar en het einde van volgend jaar, we zullen de eerste prototypes van volledige lengte testen. We zullen dan de bevestiging hebben dat ze presteren zoals verwacht, en kijk of een ontwerp-iteratie nodig is, " hij voegt toe.