Il sistema magnetico
Il sistema magnetico di ATLAS consiste di quattro diversi magneti superconduttori:
In un rivelatore dedicato allo studio delle interazioni fra particelle i campi magnetici sono utilizzati per fare percorrere alle particelle cariche prodotte traiettorie circolari,o, più precisamente, elicoidali.
La misura del raggio del cerchio permette di risalire alla carica ed alla quantità di moto delle particelle. La conoscenza di queste grandezze è essenziale per la comprensione della interazione.
La collaborazione italiana ha dato notevolissimi contributi alla costruzione del toroide centrale, prima con la realizzazione di un prototipo di bobina (B0), e successivamente nella fornitura e certificazione di 50% del cavo superconduttore, nella realizzzazione delle bobine superconduttrici , dello schermo termico da parte di Zenon e del sistema di scarica della corrente. Tutte queste realizzazioni sono state seguite da personale ricercatore e tecnico del laboratorio LASA della sezione INFN di Milano.
IL SOLENOIDE
Il solenoide è un filo percorso da corrente avvolto su un cilindro. Esso crea un campo magnetico approssimativamente uniforma all’interno del cilindro e diretto come il suo asse.
Nel caso del solenoide centrale di Atlas il “filo” è un cavo supeconduttore e la corrente di esercizio è 8 KA. La bobina così formata ha un diametro di 2.4 m ed una lunghezza di 5.3 m.
Il cavo superconduttore è di NbTi in matrice di alluminio e quando è percorso dalla corrente di 8 KA genera un campo magnetico di 2 T (circa 100 000 volte il campo magnetico terrestre). La bobina per diventare superconduttrice viene raffreddata alla temperatura di 4.5 K (-268 °C) mediante un flusso di elio liquido. Per minimizzare i materiali che le particelle prodotte nelle collisioni devono attraversare, il criostato che contiene l’elio liquido è inserito nel criostato che contiene il calorimetro elettomagnetico ad Argon Liquido.
Il calorimetro con il solenoide integrato è già posizionato al centro di ATLAS. Il 1° Agosto 2006 il solenoide ha raggiunto con successo la corrente nominale.
IL TOROIDE CENTRALE
Nella sua forma più semplice un magnete toroidale può essere pensato come un solenoide con le estremità collegate su se stesse. Nel caso ideale il campo magnetico è unicamente all’interno del toroide. In ATLAS il toroide centrale è costituito da 8 bobine superconduttrici contenute in altrettanti criostati e collegate in serie elettricamente e criogenicamente.
Questo sistema magnetico è come dimensioni il più grande mai costruito e la sua realizzazione apporta, nel campo della superconduttività applicata, un notevole contributo e potrà influenzare la ralizzazione di sistemi analoghi quali quelli da realizzare per ottenere la fusione (ITER) ed i sistemi di immagazzinamento di energia (SMES).
Ogni bobina è costituita da più avvolgimenti di cavo superconduttore di NbTi estruso in una matrice di alluminio. A regime le bobine sono percorse da una corrente di 20 KA.
I criostati che contengono le bobine sono di forma approssimativamente rettangolare e misurano 25 m x 5.5 m. Il campo generato dalle bobine, 4 T in prossimità delle bobine, ha, molto schematicamente, struttura cilindrica con l’asse del cilindro coincidente con l’asse dei fasci.
In figura 4 l’assemblaggio del Toroide è ora completamente terminato. Il 10 novembre 06 il Toroide è stato, con pieno successo portato alla corrente nominale.
diametro interno=9.4 m – diametro esterno=20.1 m – lunghezza=25.3 m – enegia immagazzinata=1080 MJ
peso complessivo = 800 t. In giallo le otto bobine superconduttrici nei loro criostati (8×87 t).
In fucsia e turchese: la struttura meccanica di supporto.
DUE TOROIDI IN AVANTI
La funzione dei Toroidi End Cap è di generare un campo magnetico a distanze relativamente piccole dai fasci di protoni (tra 1.65m e 10.7 m) in modo da poter deflettere le particelle emesse a piccolo angolo rispetto la direzione del fascio. Come per il Toroide centrale le particelle, leptoni mu, saranno deflesse dopo aver attraversato i calorimetri.
Con il Toroide centrale ed i 2 toroidi in avanti, montati alle sue estremità, la copertura in angolo del campo magnetico è praticamente totale.
Non subiranno interazioni magnetiche, né interagiranno gli altri rivelatori dell’esperimento solo le particelle emesse con angolo minore di X rispetto la direzione del fascio.
Il disegno di ognuno dei toroidi in avanti segue quello del toroide centrale. Ogniuno è costituito da otto bobine assemblate radialmente e simmetricamente intorno all’asse del fascio, ma, a differenza del toroide centrale esse sono poste in un unico criostato.
Ogni bobina è costituita da due avvolgimenti di un cavo superconduttore di NiTi estruso in matrice di Alluminio ed eguale a quello utilizzato per il Toroide centrale. Le otto bobine, criogenicamente connesse e raffreddate alla temperatura dell’ elio liquido costituiscono la “massa fredda” di ogni toroide.
Ogni “massa fredda” è inserita in un criostato montato su rotaie per poterlo ritirare dalla sua posizione nominale e permettere l’accesso alla parte centrale del rivelatore.
Ogni bobina ha una lunghezza di 5 m ed un estensione radiale da 1.65 m a 10.m.
Il peso totale di ogni toroide è 239 t.
Il campo non è uniforme e raggiunge un valore massimo di 4.7 T.(Tm).
L’ installazione dei Toroidi in avanti è in fase avanzata.
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