Il Tevatron collider è la parte finale di una serie di 7 acceleratori necessari per ottenere i raggi collidenti al Fermilab:
Sono 2 per ridondanza, consistono in una sorgente di ioni H-, un generatore Cockcroft-Walton (un circuito che trasforma corrente alternata in corrente continua ottenendo una ddp molto più alta), una colonna acceleratrice elettrostatica e una linea di trasporto che inietta il fascio di particelle nel LinAc. I H- vengono prodotti a 18 keV, accelerati attraverso una ddp di 750 kV attraverso la colonna. Dopo l'accelerazione a 750 KeV il fascio passa al LinAc attraverso la linea di trasporto, con magneti che focalizzano e guidano il fascio. Una opportuna cavità risonante bunchizza il fascio a $\sim201$ MHz, cioè la frequenza risonante del LinAc per raddoppiare l'efficienza di cattura del LinAc da 35% (non bunciato) a 70%.
Un acceleratore lineare a due fasi che produce un fascio pulsato di H- di 400 MeV per l'iniezione nel booster. Il primo stage è un Alvarez drift tube, un tubo acceleratore dotato di schermi cilindrici di lunghezza $\beta\lambda$ che scherma il fascio quando è in fase decelerante rispetto al campo EM esterno,
NB supponiamo di volere accelerare un fascio a alte energie in una distanza più lunga della metà del periodo di risonanza $\beta \lambda /2$, allora il fascio dopo aver accelerato rallenta a causa della polarizzazione del campo elettrico assiale che si dirige in direzzione opposta alla direzione del fascio
accelera i H- fino a 116 MeV lungo 79 m (composte da 5 tank cilindrici con tubi drift dentro con quadrupoli incorporati); la seconda parte di 67m è stata sostituita ai normali drift tubes per farlo arrivare a 400 MeV da 200 grazie a side coupling TODO che non so che significa dei cilindri risonanti
The accelerating gradient for each side-couple cavity module is about 7.5 MV/m, which is three times that of the Drift-Tube Linac (DTL). Worth noting that the linac upgrade was motivated by a desire to increase beam current in the booster with the ultimate goal being increased luminosity in the Tevatron
Un proton sincroton di diametro 151m che porta da 400 MeV a 8 Gev il fascio, servendo da iniettore al main ring. . È fatto da un centinaio di magneti di-quad lungo 17 cavità a doppio gap che significa doppio-mono gap? TODO. Il motivo perché non si inietta direttamente dal linac è che era difficile avere linac oltre i 400 MeV al tempo, e sarebbe stato complicato usare il main ring per passare direttamente da 0.4 a 400 GeV. La soluzione è stata usare il booster che aumenta di un ordine di grandezza l'energia e riempe il main ring a cicli.
Boosting e injection procedono per fasi:
Each of the bending magnets in the Booster is a combined function dipole/quadrupole. **TODO CHIARIRE RUOLO DIPOLI QUADRUPOLI E CAVITÀ IN UN ACCELERATORE
Il Booster opera in due modi: quando aceelera protoni per eventuale iniezione in Main Ring vengono iniettati solo 11 to 15 bunch per farli coalescere in uno solo, i restanti vengono dumpati; quando vengono raccolti gli antiprotoni il Booster porta al Main Ring un intero "giro" dell'anello, per un totale di un'ottantina ogni 2.5s
La sorgente antip è fatta da una stazione di target, un anello debuncher e un anello accumulatore (entrambi di forma triangolare smussata e il secondo dentro il primo), + linee di trasporto. L'accumulazione di antiprotone parte da estrarre protoni dal Main Ring, dirigerli su un target, collezionare particelle negativecon un momento di ~8 GeV dai secondari e "raffreddare" gli antip per un successivo uso in Tevatron. Il processo dura parecchie ore fino a quando ci sono sufficienti antiprotoni per l'inezione in Tevatron. Il target usato è di Nickel.
Main Ring è un sincrotone protonico da 400 GeV di R = 1000 m. Viene usato come iniettore da 150 GeV di p e pbar per Tevatron, oltre che come fonte di protoni a 120 GeV per la sintesi di antiprotoni. Composto da circa: 750 dipoli, 250 quadrupoli, 18 cavità RF dual gap, con 1113 buckets. Opera a circa 53 MHz circa uguale a quella di Tevatron.
L'iniezione in Tevatron avviene in fasi:
Arrivati all'energia massima i magneti vengono mantenuti costanti e si procede con la coalescenza e cogging. Cioè dato che il main ring fa da iniettore al Tevatron, deve massimizzre il numero di particelle per bunch trasferito e deve mettere ogni bunch nell'appropriato RF bucket.
cogging: adjusting the revolution frequency of bunched beam in a synchrotron to correspond to some external frequency.
Per i pbar i protoni a 120 GeV vengono mandati verso la sorgente pbar che procede poi a stackarli in successivi cicli di circa 2,5 sec in maniera praticamente continuativa. Il procedimento è simile all'injector mode: i protoni vengono presi, accelerati (in pbarstack mode prende solo un intero batch o "giro" dal Booster, 83/1113 cioè 7.5% della capacità totale del main). Quando si arriva all'energia di 120 GeV i magneti vengono lasciati costanti, i bunches vendono ruotati nello spazio delle fasi in modo che siano stretti in tempo ma larghi nello spread del momento. A questo punto il fascio è estratto verso il target per i pbar.
In tutto questo processo ci sono perdite durante le iniezioni e transizioni.
È l'acceleratore a sincrotone con fasci collidenti di p-antip, che porta a una energia del centro di massa di 1.8 TeV. È il primo sincrotone a grande scala basato su tecnologia di superconduttori. Tutti dipoli, quadrupoli e magneti correttivi che fanno il reticolo di base della macchina sono superconduttori e sono raffreddati da elio liquido a 4.6 K. A parte questa eccezione è abbastanza simile in dimensioni e struttura al main ring. Opera a 53 MHz circa, ha 1113 buckets come il Main e questo porta a una efficienza nel trasferimento del fascio vicina al 100% (mentre booster-main e pbarsource-main è circa 85-90%). Qui sono posizionati i punti in cui i fasci collidono, con i due esperimenti, tra cui CDF.
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