Simulazione della scarica rapida dei toroidi di ATLAS

The Large Hadron Collider (LHC) is the particle accelerator at CERN whose start up is foreseen before the end of 2009. With its 14 TeV in the centre of mass the LHC is the most powerful accelerator ever built and ATLAS (A Toroidal LHC AppartuS) is one of the four main experiments located along its ring The ATLAS superconducting toroid system at CERN is composed by three magnets: a Barrel Toroid (BT) and two End Cap toroids (ECTA & ECTC) inserted at the ends of the BT. Each toroid is built up from 8 racetrack coils wounded with an Al stabilized NbTi conductor cooled at 4.5 K through two-phase helium. The magnets are operated in series at 20.5 kA with a total stored energy of 1.6 MJ. A fundamental aspect of magnets design is constituted by the fast dump of the system in case of quench or other potentially dangerous events for the integrity of the conductor. In order to verify the reliability of the protection system in preparation of the activation of the detector, fast dump tests have been performed on the single toroids as well as on the complete toroid system. In this work a model to simulate the fast dump of the ATLAS toroids in single mode or in the complete configuration is constructed and validated through the comparison with measured data. The characterization of the fast discharge is completed by the determination of the energy dissipation in the coils and dump unit as well as the final energy distribution inside the coils.

Il Large Hadron Collider (LHC) è l'acceleratore di particelle del CERN la cui entrata in funzione è prevista entro la fine del 2009. Con i suoi 14 TeV nel centro di massa è il più potente finora costruito e ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS ) è uno dei quattro esperimenti principali collocati lungo l'anello. Il sistema di toroidi superconduttori di ATLAS e' composto da tre magneti: il Barrel Toroid (BT) e due End Cap Toroids (ECTA & ECTC) inseriti a ciascuna delle estremita' del BT. Ciascun toroide e' composto da 8 bobine di tipo racetrack avvolte con un conduttore di NbTi stabilizzato con alluminio e raffreddato a 4.5 K attraverso elio bi-fase. I magneti sono operati in serie a 20.5 kA per un'energia iniziale del campo magnetico di 1.6 MJ. Un aspetto fondamentale del design dei magneti e' il metodo di scarica veloce (fast dump) del sistema in caso di quench o di altri eventi potenzialmente dannosi per l'integrita' del conduttore. Test del processo di fast dump sono stati eseguiti sui singoli toroidi e sul sistema completo di magneti al fine di verificare l'affidabilita' del sistema di protezione in vista dell'attivazione del rivelatore. Nel presente lavoro viene presentata la costruzione di un modello per la simulazione del fast dump dei toroidi di ATLAS in prima istanza in modalita' singola e quindi nella configurazione completa. Tale modello è stato validato mediante il confronto con i dati sperimentali. La caratterizzazione del processo di scarica e' completata attraverso la determinazione dell'energia dissipata nelle bobine e nell'unita' di scarica cosi' come della distribuzione finale dell'energia all'interno delle bobine.