نیوپورت نیوز، ویرجینیا – از زمانی که برای اولین بار بیش از 30 سال پیش آنلاین شد، منطقه تست عمودی ایالات متحده تاسیسات شتاب دهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی به موارد فوق العاده استفاده می شود. یکی از بزرگترین میزهای تست در نوع خود. شلوغ ترین. همه کاره ترین.
اکنون، منطقه تست عمودی که برای کمک به ساخت آزمایشگاه جفرسون ایجاد شد شتاب دهنده ذرات اساسی به نقطه عطف دیگری دست یافت: در سال 2022، 470 آزمایش مختلف حفره شتاب دهنده RF ابررسانا را انجام داد. در دنیای نادر شتاب دهنده ها، این سطح المپیک است دستاورد
در مقایسه، این مرکز 277 مورد را آزمایش کرد ابررسانا فرکانس رادیو (SRF) حفره ها در سال 2017، 400 در سال 2018، 349 در سال 2019 و 351 در سال 2021.
جیکوب هریس، مهندس کیفیت گروه عملیات SRF آزمایشگاه جفرسون، رکورد تعداد آزمایشات در سال 2022 را به افزایش تقاضا و همچنین به مهندس عملیات اولیه خود، جاستین کنت، که کمی بیش از دو سال پیش این سمت را بر عهده گرفت، نسبت می دهد. .
از زمان شروع کار در آزمایشگاه، کنت پیشرفت هایی را در برنامه ریزی، زمان بندی و اولویت بندی اعمال کرده است. تجربه قبلی او به عنوان یک مهندس تاسیسات برودتی همچنین از اقدامات او برای استفاده موثرتر از هلیوم مایع خبر داد که نه تنها برای عملکرد شتاب‌دهنده‌های ذرات، بلکه برای آزمایش اجزای آنها نیز کلیدی است.
کنت گفت: «این یک موقعیت «جوی متوسط» نیست. «قطعاً قبل از آن زمان زیادی طول کشید تجربه.”
سلف کنت بخشی از تیم اصلی دانشمندان، مهندسان و تکنسین‌هایی بود که بیش از سه دهه پیش برای ساختن مرکز آزمایشی مونتاژ شدند. برای پشتیبانی از ساخت CEBAF، تأسیسات شتاب دهنده پرتو الکترونی پیوسته ساخته شده است. CEBAF یک مرکز کاربر DOE است که اکنون از تحقیقات بیش از 1850 فیزیکدان هسته ای در سراسر جهان پشتیبانی می کند.
زمانی که کنت نقش مهندس عملیات را بر عهده گرفت، تنها 27 سال داشت – جوانتر از تاسیساتی که اکنون وظیفه رهبری آن را بر عهده داشت.
کنت گفت: «دیدن نقشه‌ها، اسناد و درخواست‌های خرید که از من قدیمی‌تر هستند در دفترم بسیار جالب بود. “این دوباره یک چالش بود. انجام یک منطقه آزمایشی عمودی بسیار پیچیده در ابتدا بسیار طاقت فرسا است. چشمان شما در ابتدا بسیار دیوانه هستند و مهم نیست که سیستم چقدر قدیمی است، نمی دانید ابتدا با چه چیزی برخورد کنید.
«اما یکی از چیزهایی که تقریباً تمام زندگی‌ام را وقف آن کرده‌ام این است که چالش‌های تقریباً غیرممکن را بر عهده بگیرم و در هر مرحله با شانس‌ها مبارزه کنم. من خیلی به علوم/ریاضی علاقه دارم.»
قرار دادن حفره های RF ابررسانا به تست
حفره های SRF ذرات را تسریع می کنندبا همانطور که آنها شلیک می کنند. به این ترتیب آنها ستون فقرات شتاب دهنده را تشکیل می دهند. این حفره ها به صورت واحدهای بزرگ تری به نام کرایومدول ها به هم متصل می شوند. آن ها اینجا هستند در حمام هلیوم مایع تا 2 کلوین یا حدود منفی 456 درجه فارنهایت (456-) فوق سرد شدهدرجه و) از بین بردن هرگونه مقاومت الکتریکی. در نهایت کرایومدول ها در یک ردیف به هم متصل می شوند تا یک شتاب دهنده بسازند. کنترل کیفیت در کل فرآیند انجام می شود اهمیت فوق العاده
هریس گفت: «فیزیکدانان همیشه خواستار اجرای کاملاً پیشرفته، بهترین و تا به حال دیده نشده هستند. بنابراین اغلب معیارهای تست ما بسیار تهاجمی تنظیم می شوند.
قبل از آزمایش، حفره باید به طور فوق طبیعی تمیز شود. اسید تمیز می شود، تحت فشار بالا شستشو می شود و در یک اتاق تمیز مونتاژ می شود. سپس آن را در ظرف آزمایشی dewar یا فلزی قرار می دهند که با هلیوم مایع تغذیه می شود و تا فشار زیر اتمسفر پمپ می شود و دما را تا 2 کلوین کاهش می دهد. پس از انجام آزمایش RF، هلیوم مایع خارج شده و خالص می شود و حفره دوباره گرم می شود. چرخه کامل از گرم به گرم برای یک دیوار حدود سه روز است.
یکی از رایج ترین دلایلی که باعث می شود حفره در چنین آزمایشی شکست بخورد این نیست به واسطه خود حفره این معمولاً به این دلیل است که برخی از ذرات گرد و غبار از فرآیند تمیز کردن سخت فرار کرده اند.
را یک منطقه آزمایش عمودی که معمولاً به آن می گویند VTA دارای هشت فنجان Dewar با عرض 16 تا 34 اینچ و عمق 6 تا 11 فوت است. این دوارها می توانند بین 150 تا 1200 لیتر هلیوم مایع را در خود جای دهند. بزرگترین کشتی‌های Dewar می‌توانند همزمان بیش از یک حفره را اداره کنند، که به ثبت رکورد دیگری در تاسیسات در سال 2022 کمک کرد: شش آزمایش در یک روز.
آزمایش‌های حفره از زمان شروع VTA تقریباً به طور مداوم انجام شده است و مهندسان همچنان به بهبود قابلیت‌های آن ادامه می‌دهند. به عنوان مثال، این مرکز دارای سه ایستگاه آزمایش مستقل است. به‌روزرسانی‌هایی برای برخی از مؤلفه‌ها در حال انجام است تا قسمت چهارم بسازد تا VTA بتواند به طور مداوم چندین حفره را همزمان آزمایش کند.
از زمانی که کنت وارد کشتی شد، پیشرفت‌هایی شامل بازنگری در سیستم نظارتی تاسیسات برای کمک به هماهنگی و ردیابی عملیات، ارتقاء مستمر سیستم برای افزایش بهره‌وری، و طراحی و توسعه روش‌های جدید محافظ مغناطیسی و خنک‌کننده بود، به طوری که بزرگترین دیوار می‌تواند آزمایش کند. تا سه حفره در یک زمان.
حدود نیمی از عملیات VTA از آزمایشگاه پشتیبانی می کند خود تحقیق و توسعه SRF برای طراحی هندسه های جدید حفره، پوشش های جدید و سایر نوآوری های افزایش دهنده شتاب دهنده بهره وری.
نیمی دیگر آزمایش حفره ها و سایر اجزای SRF برای سایر امکانات، مانند ارتقاء برخورددهنده هادرون بزرگ در سرن و برخورد دهنده چند میلیارد دلاری الکترون-یون در حال توسعه در آزمایشگاه ملی بروکهاون DOE در نیویورک است.
پروژه‌های دیگری که از امکانات منحصربه‌فرد VTA بهره‌مند شده‌اند شامل پروژه ارتقای انرژی پروتون منبع نوترون Spallation در آزمایشگاه ملی Oak Ridge در تنسی و ارتقاء منبع نور منسجم Linac II در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده SLAC در منلو پارک، کالیفرنیا است. LCLS درخشان ترین لیزر اشعه ایکس در جهان است و ارتقاء آن را حتی روشن تر می کند.
تیم آزمایشگاه جفرسون که VTA را ساخت، همچنین تخصص خود را برای کمک به ساخت سایر امکانات تست در این کشور و جاهای دیگر، از جمله در DESY در آلمان در سال 1996، در آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی DOE در سال 2006 و در آزمایشگاه Daresbury در انگلستان در سال 2016، به کار برد.
اطلاعات بیشتر
مکانیسم تست کیفیت شتاب دهنده ذرات آزمایشگاه جفرسون پس از 5000 آزمایش قوی تر از همیشه می شود
منطقه آزمایش عمودی آزمایشگاه جفرسون
دستیابی به ارتفاعات جدید در فناوری شتاب دهنده
از تامارا دیتریش
مخاطب: کندیس کارتر، دفتر ارتباطات آزمایشگاه جفرسون، kcarter@jlab.org
