Design and Performance Optimization of the LHC Collimation System

Le Large Hadron Collider (LHC) du CERN est une machine circulaire utilisant des aimants supraconducteurs à fort champ pour faire circuler deux faisceaux de protons ayant une énergie maximale de 7 TeV. La luminosité de faisceau maximale est estimée à 10 34 cm2s-1. Il est important de nettoyer chaque faisceau de son halo afin d'éviter le quench d'un aimant; on utilise alors des collimateurs, installés à des endroits adéquats de la machine de sorte à constituer un système multi niveau. L'inefficacité de ce système doit être bien plus petite que pour tout autre machine, soit environ 0.00002 % à 7 TeV. Des simulations détaillées de conditions opératoires réalistes ont été réalisés, afin d'estimer la réponse du système selon chaque cas. Des cartes donnent la répartition des pertes locales de protons le long de la machine avec une résolution de 10 cm. Le niveau de performance du système de collimation du LHC est donné pour le cas idéal et pour un scénario d'erreur d'orbite: l'intensité maximale de la machine est limitée à respectivement 43 % (cas idéal) et 27 % (modèle d'erreur) de la valeur nominale. Une liste des positions caractéristiques de pertes est établie afin d'optimiser le système de protection de la machine. Un prototype de collimateur fut teste en conditions de faisceau LHC. Le contrôle de l'ouverture du collimateur est possible avec une précision de 50 m ; des résultats intéressants sur l'action du collimateur sur le faisceau ont également été obtenus. Des tests de résistance de matériau ont aussi été menés, les données enregistrées ont ensuite été comparées aux simulations numériques afin de confirmer les estimations en termes de dépôt d'énergie et déformations.