Byggandet av CELSIUS-ringen

Transkript

1 Byggandet av CELSIUS-ringen Magneter och Människor Dag Reistad

2 Curt Ekström Tim Ellison Gunnar Norman Dennis Friesel John Collins Wladimir Derenchuk, Konrad Gajewski Torsten Bergmark Arne Johansson Dieter Prasuhn Mikael Blom Rolf Wedberg

3 Helt rund lagringsring, Homogent magnetfält, B = 1,47 T, fältet individuellt NMR- kontrollerat i var och en av de 40 magneterna (alla magneter hade back-leg windings) Tredje (g-2) - experimentet ( ) 26 GeV p Man ville se hur spinn-axeln snurrar. Om man inte tar hänsyn till virtuella partiklar så borde den snurra med samma fart, som myonerna går runt i ringen. Men efter 29 varv runt ringen har spinn-axeln roterat 30 varv. Man kunde mäta med fantastisk precision. Krävde ppmhomogenitet i magnetfältet.

4

5 Helt rund lagringsring, Homogent magnetfält, B = 1,47 T, fältet individuellt NMR- kontrollerat i var och en av de 40 magneterna (alla magneter hade back-leg windings) Elektronerna detekteras i 20 detektorer som tillsammans ger information om spinn-axelns riktning Tredje (g-2) - experimentet ( ) 26 GeV p Man ville se hur spinn-axeln snurrar. Om man inte tar hänsyn till virtuella partiklar så borde den snurra med samma fart, som myonerna går runt i ringen. Men efter 29 varv runt ringen har spinn-axeln roterat 30 varv. Man kunde mäta med fantastisk precision. Krävde ppmhomogenitet i magnetfältet. Den beror på inverkan av oupptäckta lika väl som upptäckta virtuella partiklar. Så skulle hittills oupptäckta partiklar kunna förutsägas. Lagringen av myonerna gick till så att 26 GeV protoner träffade en target av koppar. Elektrostatiska kvadrupoler i alla magneter (utom vid injektionen och mitt emot) Då skapades pioner som sönderföll till myoner. Dessa i sin tur sönderföll så småningom (64 µs) till elektroner.

6 (g-2) experimentet på CERN,

7 Magnetpolerna bearbetades till F- och D-magneter för att uppnå kombinerad funktion: ICE-ringen Syftet var att bekräfta stokastisk kylning och elektronkylning som var nödvändigt för proton-antiprotonkolliderar-projektet på CERN F-magnet (Focusing magnet) Fin Magnet D-magnet (Defocusing magnet) Dålig magnet pp -projektet ledde till upptäckten av W och Z + och Z -, som gav Simon van der Meer och Carlo Rubbia nobelpris i fysik 1984

8 CELSIUS elektronkylare var 2,5 m or proton or ion Såväl stokastisk kylning som elektronkylning är en förutsättning för funktionen av antiprotondeceleratorn AD på CERN. Det är faktiskt ICE s gamla elektronkylare, som används fortfarande, visserligen modifierad.

9 ICE

10

11 Sven Kullander (9 mars Januari 2014) var en man med många och stora intressen. Han disputerade på en avhandling om forskning med protoner från GW-cyklotronen och vid universitetet i Chicago och på CERN. Han var ledamot vid CERN Council 19 november juli Vid den tiden var man färdig med ICE-ringen och den var till salu. Det fanns flera intressenter. CERN kan konsten att avsluta projekt ((g-2), ISR, LEP )

12 Sven var i första hand intresserad av en kvadrant av ringen att använda som spektrometer vid GW-cyklotronen men det var inte så svårt att övertala honom om ett mer ambitiöst projekt.

13 Johnny Andersson Departementsråd vid Utbildningsdepartementet m.m Universitetsdirektör Delegat vid CERN Council från 26 juni 1980 till 31 december 1985 och ordförande i dess Finance Committee. Vid CERN:s Council-möte i december 1982, i vilket Johnny Andersson deltog, beslöts formellt att Uppsala Universitet skulle få köpa ICE-ringen för 1 MSEK (inkl. sex besök i Uppsala av Heiner Herr och Alfredo Susini)

14

15 Konrad Gajewski Tor Lofnes Dieter Prasuhn Heiner Herr Torsten Bergmark Dag Reistad Arne Johansson Ove Johansson Foto Carl-Johan Fridén

16 Arne Johansson Heiner Herr?? Konrad Gajewski Ove Johansson Dieter Prasuhn Dag Reistad Stig Holm

17 Alfredo Susini och Bengt Lundström

18 Arne Johansson (f. 15 mars 1930) Professor i kärnfysik En modig man, som ledde CELSIUS-projektet. Bestämde bland annat hallens storlek och raksträckornas längder och ordningsföljden av de två typerna av magneter (F-D-D-F-D-F-D-D-F-D-Q F -Q D ). Layouten presenterades vid WORKSHOP ON THE PHYSICS PROGRAM AT CELSIUS, 7-9 november 1983, Uppsala Foto: Leif Nilsson Foto Leif Nilsson Arne gjorde budget på 33 MSEK varav 1 MSEK var betalningen till CERN. Foto Leif Nilsson Budgeten höll!

19 Arne Johansson Michael Gawrys Peter Jahnke Rolf Wedberg Tomas Johnson Lars Westerberg Dan Hallin Dag Reistad Örjan Svensson Anna Mårtensson

20 Per-Ulf Renberg Upplinjerade magneterna med hjälp av de fyra centrumpelarna och en lång mätarm Foto: Micke Pettersson Mätte magnetfältets fördelning vid olika fältstyrkor. Han använde samma mätarm med 11 temperaturstabiliserade Hall-plattor

21 CELSIUS-ringen Accelerade protoner till 1,4 GeV. RF-kavitet lade på ett longitudinellt elektriskt fält på strålen (0,4 4 MHz) och magnetfältet ökades. RFfrekvensen fick också ökas eftersom protonerna gick fortare och fortare.

22 Det var inte så enkelt att höja magnetfältet. Magneterna var solida (ickelaminerade). När fältet ändrades så bildades virvelströmmar, som försenade ändringen och deformerade fältet. Om man inte gjorde nånting åt det skulle det göra: Att magnetfältet ändrades när det skulle vara konstant Att det skulle bli olika starkt i olika magneter. Strålen skulle inte komma runt. Att olinjariteter i fältet skulle driva resonanser

23 Gunnar Norman Tre pick-up spolar i samtliga magneter i en kvadrant. Utförda som ett mönster på ett dubbelsidigt kretskort. Används för integrera förändring av magnetfältets styrka och dess första och andraderivata av magnetfältet (B, B och B ). Magnet pole piece Foto Micke Pettersson Motor Flip-spole i en av magneterna för att få begynnelsevärdet av dipolfältet. Den flippade vid t = 0, dvs. i början av varje cykel. Flip coil Stationary coils Beam pipe Foto och skiss Gunnar Norman

24 The Svedberg-laboratoriet bildades 1987 Ritning: Olle Byström

25 Miroslav Sedlaček Karin Rathsman Volker Ziemann Foto: Teddy Thörnlund 1994 Björn Gålnander

26 LOA Andersson Lasse Pettersson Foto: Micke Pettersson