Der LHC benötigt eine Vielzahl unterschiedlicher Magnettypen, um die Strahlen um seine kreisförmige Form zu lenken. Derzeit sind in den Wechselwirkungsregionen des LHC 9,45 m lange Doppelaperturmagnete mit 2,8 T installiert, die von BNL für das RHIC hergestellt wurden.
Für HL-LHC werden die Magnete der Wechselwirkungsregion durch den Rekombinationsdipol D2 ersetzt, den längsten aller Magnete der HL-LHC-Wechselwirkungsregion. Obwohl die D2-Magnete ebenfalls auf der gleichen Nb-Ti-Technologie wie die vorherigen Magnete basieren, verfügen sie über ein stärkeres Feld (4,5 T) und eine größere Apertur. Dank dieses Upgrades wird der „Kick“, der den Strahlen gegeben wird, um sie auf den gleichen Weg um IP1 und IP5 zu bringen, von 28 auf 35 Teslameter (T·m) erhöht, wodurch Platz für die Installation der Krebshöhlen geschaffen wird.
Der HL-LHC benötigt vier Einheiten dieser Magnete plus zwei Ersatzmagnete. Diese sechs Magnete sind Ergebnisse einer Kooperationsvereinbarung zwischen INFN-Genova und CERN. Das italienische Institut war für die Konstruktion und den Bau eines Kurzmodells und eines Prototyps in Originalgröße verantwortlich und führt nun die Serienproduktion durch. Der Bau der Magnete erfolgte bei ASG Superconductors, Genova.
Nachdem der Prototyp des Magneten Ende 2021 geliefert worden war, integrierte das Team am CERN ihn 2022 in eine kalte Masse mit zwei Prototypen von Orbitkorrektoren, die dipolare Stöße von 5 T·m liefern. Diese Korrektoren basieren auf einer Canted-Cosinus-Theta-Technologie, die Ende der 60er Jahre vorgeschlagen wurde und im letzten Jahrzehnt aufgrund ihres potenziell breiten Anwendungsspektrums zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen hat.
Ein Prototyp dieser Korrektoren wurde am CERN entwickelt, ein zweiter in China unter der Leitung des IHEP, und die Serienmagnete sind eine Sachleistung Chinas. Diese wurden dann zusammen mit dem D2-Prototyp in einer 14 m langen Kaltmasse am CERN zusammengebaut.
Das Team am CERN führte von Ende 2022 bis Juni 2023 Leistungstests der Magnete durch. Der Prototyp D2 erreichte seine Leistungsanforderungen bei 1,9 K, was einem Betrieb bei 7 TeV im HL-LHC plus einer Marge von 0,5 TeV (dem sogenannten Ultimate) entspricht aktuell).
„Wir sind mit der Leistung des D2-Prototyps äußerst zufrieden“, sagt Stefania Farinon von INFN-Genova, die für die D2-Kooperationsvereinbarung verantwortlich ist. „Wir schließen jetzt den Bau der ersten Serieneinheit bei ASG ab, die Ende September an CERN geliefert wird.“
Die Stromversorgung der Korrektoren, die bereits erfolgreich im Standalone-Modus getestet wurden, zeigte ein elektrisches Problem in einem der Schaltkreise, das vom Cold-Mass-Integrationsteam analysiert wird. „Die Beseitigung solcher Probleme ist einer der Gründe, Prototypen kalter Massen zu bauen und nicht direkt mit der Serienproduktion zu beginnen“, sagt Herve Prin, verantwortlich für die Montage kalter Massen in der Large Magnet Facility am CERN.
Wie Arnaud Foussat, der für den Magneten und die Korrektoren am CERN zuständige Projektingenieur, betonte: „Diese Ergebnisse sind bemerkenswert, auch wenn man bedenkt, dass dieser komplexe Kaltmasse-Prototyp, der Teile aus Italien, CERN und China zusammensetzt, in einem hergestellt wurde.“ Zeit, in der Kooperationen und Aktivitäten durch die Pandemie gefährdet waren.“