MAGIX Una proposta di attività di ricerca coordinata per lo sviluppo di magneti superconduttori innovativi per applicazioni alle macchine acceleratrici

Area di ricerca: ACCELERATORI Responsabile scientifico del progetto: Giovanni Volpini, MI 2 Organizzazione del progetto e finanziamenti, Enti partecipanti e Ruoli di responsabilità ObiettivoSedi Collaborazioni Responsabili WP1 CORRAL (CORRettori per Alta luminosità a Lhc) Realizzazione dei prototipi di Correttori per le regioni di interazione ad Alta luminosità di LHC. MI-LASACERNG. Volpini WP2 PADS (Progetto Avanzato per i Dipoli di Separazione) Progettazione dipoli di separazione (D2) per l’upgrade di luminosità di LHC. GECERNP. Fabbricatore WP3 SCOW-2G (SuperCOnducting Windings - 2G tapes) Sviluppo di avvolgimenti in HTSC per l’applicazione ad acceleratori di particelle NAENEAU. Gambardella WP4SAFFO (Strand Analyses For Fast Operation) Qualificazione cavi superconduttori a basse perdite per magneti pulsati GE, MI- LASA, NA P. Fabbricatore

IMPATTO DELLA RICERCA, ANCHE ALLA LUCE DI HORIZON I In questo progetto vengono sviluppate e utilizzate tecnologie che cominciano a trovare concreta applicazione nel campo degli acceleratori, e soprattutto dispongono di un potenziale molto elevato per macchine acceleratrici previste in un futuro più lontano, oltre che per applicazioni a settori diversi. In particolare vengono studiate applicazioni di materiali superconduttori innovativi, quali il MgB2 (WP1), che potrebbe diventare il sostituto del NbTi in molte applicazioni, grazie alla sua economicità e alla possibilità di funzionare senza necessità di criogeni per mezzo di cryocooler, e i superconduttori in alta Tc, (WP3) che in virtù dei loro campi critici di parecchie decine di tesla, rappresentano un passo tecnologico ineludibile pensando ad acceleratori adronici a energie superiori a LHC o a collisori di muoni. (continua) 3

IMPATTO DELLA RICERCA, ANCHE ALLA LUCE DI HORIZON 2020-II (segue) Anche l’attività relativa ai fili superconduttori a basse perdite (WP4) riguarda sviluppi tecnologici assolutamente di punta, visto che materiali con proprietà analoghe non sono attualmente disponibili e presentano interesse non solo per la realizzazione di magneti rapidamente pulsati per acceleratori, ma anche per applicazioni quali gantry per applicazioni mediche. Nel WP2 viene svolta una attività concernente la ricerca di soluzioni progettuali innovative, elettromagnetiche e meccaniche, riguardanti magneti speciali per le regioni di interazione di acceleratori di particelle. Tali attività sviluppano e ampliano progetti europei in corso di svolgimento nel FP7: HiLumi ( ) per i WP1 e WP2, EUCARD2 ( ) per WP3 e CRISP ( ) per WP4, e non vi è dubbio che tali linee di ricerca troveranno naturale continuazione anche nel quadro di Horizon

Anagrafica relativa alla partecipazione complessiva al progetto 5

6 Piano di spesa complessivo nel triennio

7 Cronoprogrammma

8 Anagrafica MI

9 Richieste MI (WP1+WP4) 180 k€

10 Descrizione dei WP

Premessa (WP1 e WP2): HL-LHC L’obiettivo principale di HL-LHC (High Luminosity LHC) è l’implementazione di nuove componenti di macchina e lo studio dei nuovi parametri di fascio che permettano a LHC di raggiungere i seguenti valori: Luminosità di picco di 5×10 34 cm -2 s -1 con levelling; Una luminosità integrata di 250 fb -1 per anno, puntando a un totale di 3,000 fb -1 entro dodici anni dall’entrata in funzione della macchina aggiornata. Tale valore di luminosità è circa dieci volte en la luminosità attesa nei primi 10 anni di funzionamento di LHC. A questo scopo vengono sviluppate diverse tecnologie, fra le quali quadrupoli ad altro gradiente in Nb3Sn per le rgioni di interazione, crab-cavities, links superconduttori in MgB2, e vengono studiate nuove configurazioni di fascio per il funzionamento della macchina. L’istallazione del nuovo hardware è prevista attorno al HL-LHC è finanziato in parte attraverso il Collaborative Project HiLumi (FP7, ), cui l’ INFN partecipa con 11 anni uomo del suo personale a LNF e MI-LASA, e riceve un finanziamento dell’UE di 567 k€. HL-LHC è ufficialmente sostenuto dall’ ESG WP1-CORRAL e WP2-PADS sono parti di HL-LHC, aggiuntive agli impegni INFN già presenti sotto l’egida di HiLumi. 11

12 WP1 – CORRAL CORRettori per Alta luminosità ad Lhc

- progettazione - costruzione - collaudo criogenico nel periodo di cinque prototipi dei magneti superconduttori superferrici in NbTi (4-polo per la correzione della componente skew, 6-polo, 8- polo, 10-polo e 12-polo) per le regioni di interazioni di HL-LHC. Verrà realizzato anche un prototipo che utilizzerà l’ MgB 2 anziché il NbTi Questo progetto non comprende la realizzazione della serie, composta da un totale di 48 magneti delle varie tipologie. Obiettivi di CORRAL 13

Design preliminare del 4-polo e del 6-polo

3.0 mm 0.7 mm Il progetto di riferimento utilizza un filo in NbTi, tecnologia pienamente matura. In alternativa, stiamo considerando la fattibilità dell’impiego di MgB 2, garantendo così margini di temperatura superiori, utili in un ambiente sottoposto a un elevato carico termico generato dalla radiazione proveniente dal punto di interazione. (Tc: NbTi 9.2 K, MgB 2 39 K). L’impiego di MgB 2 costituirebbe un aspetto qualificante sia per la novità tecnologica, sia per le ricadute industriali (l’italiana Columbus Superconductors è una delle due o tre ditte in grado di realizzare un simile materiale a livello mondiale), e darebbe seguito ai risultati del progetto Marimbo (INFN, GrV, ) che aveva permesso la costruzione e il collaudo con pieno successo di un dimostratore di dipolo superferrico in MgB 2. il superconduttore 15

16 WP2-PADS WP1-CORRAL Il WP2 prevede la progettazione elettromagnetica e meccanica 2D e 3D del dipolo two-in-one di separazione dei fasci (D2), un componente critico delle regioni di interazione a motivo delle difficoltà del progetto elettromagnetico che a causa della peculiare orientazione dei campi magnetici delle due aperture crea rilevanti componenti multipolari. WP2 – PADS Progetto Avanzato Dipoli di Separazione

17 Il WP3-SCOW 2G prevede lo studio, in collaborazione con l’ENEA di Frascati, di avvolgimenti superconduttori solenoidali in YBCO, il materiale superconduttore ad alta temperatura critica (Tc = 92 K) al momento attuale più promettente e già prodotto industrialmente. Un primo banco di prova per questi avvolgimenti potrebbe essere costituito da un magnete superconduttore solenoidale compatto e raffreddato per mezzo di criogeneratori, per la focalizzazione in macchine elettroniche. WP3 – SCOW-2G (SuperCOnducting Windings - 2G tapes)

WP4 – SAFFO Strand Analyses For Fast Operation Il WP4-SAFFO intende mantenere attiva la nostra presenza nel settore dei magneti pulsati, valorizzando i risultati ottenuti nell’ambito di DISCORAP. Le finalità principali sono il completamento delle attività di qualificazione del filo superconduttore sviluppato nell’ambito di quel progetto, e il consolidamento della nostra leadership nel campo dei magneti pulsati, il cui impiego negli stadi di iniezione delle future macchine acceleratrici (ad esempio nel caso di un upgrade di energia a LHC) viene proposto in modo ricorrente. I tre laboratori hanno capacità sperimentali complementari: Misura resistività trasversa (GE) Misura magnetizzazione (NA-SA) Misura corrente critica di trasporto (MI-LASA)