Riassunto analitico
Gli elettromagneti sono componenti fondamentali degli acceleratori di particelle. Garantiscono il corretto controllo del fascio in termini di flessione (dipoli) e focalizzazione (quadrupoli). La manutenzione di questi magneti è essenziale per il corretto funzionamento degli acceleratori di particelle. Lo scopo di questo studio era la progettazione e lo sviluppo di un banco di misure magnetiche per gli elettromagneti del Super Proton Synchrotron del CERN. La sezione TE-MSC-TM del CERN gestisce un banco di misure magnetiche dedicato e permanente per i dipoli e i quadrupoli del Super Proton Synchrotron. Questi magneti devono essere sottoposti a test di qualità del campo magnetico per valutarne la lunghezza magnetica e l'omogeneità del campo costante (dipoli) o del gradiente di campo (quadrupoli). Gli elettromagneti di SPS vengono testati con misure relative in ``modalità pulsata''. Ciò significa che le loro bobine di eccitazione vengono eccitate con funzioni di corrente pulsata che fanno sì che il loro campo magnetico cambi di conseguenza. Le variazioni di flusso vengono rilevate da lunghe bobine inserite nell'apertura dei magneti. Le variazioni di flusso vengono calcolate rispetto ad un magnete di riferimento sempre presente in laboratorio. Il banco di misura attualmente disponibile necessita di essere completamente sostituito per molteplici ragioni, principalmente dovute al fatto di non avere disponibilità di ricambi e alla possibilità di utilizzarne dispositivi più performanti, meno ingombranti, e più semplici da configurare. Un nuovo banco di misure è stato progettato e sviluppato da zero, in base ai requisiti e ai vincoli identificati. La maggior parte delle funzionalità disponibili nel banco precedente sono state implementate in quello nuovo, inserendo anche il software nel framework già esistente (FFMM), rendendo il sistema estremamente flessibile e ampliabile a seconda delle necessità. Al nuovo banco è stata inoltre aggiunta una nuova funzionalità per poter misurare contemporaneamente tutte le bobine presenti nei relativi supporti (flussimetri). Sono state effettuate diverse misurazioni con entrambi i banchi. Il banco di misura di nuova concezione ha mostrato risultati eccellenti, paragonabili a quelli del banco attualmente disponibile. Il nuovo banco è stato validato ed è pienamente operativo per misurare gli elettromagneti del Super Proton Synchrotron e altri magneti radioattivi del complesso di acceleratori del CERN.
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Abstract
Electromagnets are fundamental components of particle accelerators. They ensure correct control of the beam of particles in terms of bending (dipoles) and focusing (quadrupoles). Maintenance of these magnets is essential for the proper functioning of particle accelerators. The aim of this study was to design and develop a magnetic measurement bench for the electromagnets of the Super Proton Synchrotron at CERN. TE-MSC-TM section of CERN runs a dedicated and permanent measurement bench for the dipoles and quadrupoles of the Super Proton Synchrotron. These magnets must undergo magnetic field quality tests in order to assess their magnetic length and homogeneity of the constant field (dipoles) or of the field gradient (quadrupoles). SPS electromagnets are tested with relative ``pulsed mode'' measurements. This means that the coils are excited with pulsed current functions that cause their magnetic field to change accordingly. The changes in flux are sensed by long fixed search coils inserted in the magnet's aperture, and these changes in flux are computed relative to a reference magnet always available in the laboratory. The currently available measurement bench last underwent a refurbishment in 2001, so after twenty years of service, for multiple reasons, it needed to be replaced entirely, mainly due to the fact of unavailable spares and disuse due to the accessibility of using more portable, easier to set up, and higher performing devices. After an analysis of the requirements and the definition of the specifications and constraints, a completely new measurement bench was designed and developed from scratch, resulting in the final rack-mounted bench. Most of the features available in the previous bench were implemented in the new one, along with the software being inserted into the already existing framework (FFMM), making the system extremely flexible and capable of expansion as needed. Furthermore, a new feature for measuring all the search coils of the fluxmeter supports was also added to the new bench. Several measurements were carried out with both benches. The newly developed measurement bench shows excellent results comparable to those of the bench currently available. It has been released and is fully operational for measuring the electromagnets of the Super Proton Synchrotron and other radioactive magnets of the CERN accelerator complex.
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