Un nuevo proyecto de acelerador completa con éxito una prueba de transporte transatlántico

13 de diciembre de 2022 | Madeleine O'Keefe

El haz de neutrinos más potente del mundo está un paso más cerca de convertirse en realidad. El proyecto Proton Improvement Plan II, o PIP-II, alcanzó un hito en octubre cuando realizó con éxito una prueba de transporte de una "carga ficticia" entre el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de EE. UU. en las afueras de Chicago y el Laboratorio Daresbury en Inglaterra, en las afueras. de Liverpool. La prueba validó el sistema que los investigadores utilizarán para enviar los delicados criomódulos que constituirán gran parte de un nuevo acelerador lineal de protones en Fermilab. La nueva máquina impulsará la producción de neutrinos para el Experimento de Neutrinos Subterráneo Profundo.

Los miembros de la colaboración internacional PIP-II del Reino Unido, Francia e India desarrollarán, fabricarán y ensamblarán los criomódulos necesarios para el proyecto, cuya finalización está prevista para 2028. Para garantizar que los criomódulos completos lleguen de forma segura al Fermilab, el equipo de PIP-II está realizando exhaustivas pruebas de transporte con mucha antelación.

El marco aborda el avión de carga en O'Hare. Foto: Brian Hartsell, Fermilab

Para la primera prueba a principios de este año, los colaboradores de PIP-II ensamblaron un marco de transporte que será el modelo para el eventual marco de transporte del criomódulo y lo probaron en una carretera. El equipo PIP-II del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas de Investigación e Innovación del Reino Unido, o STFC UKRI, con el aporte de Fermilab, dirigió el diseño del marco.

Para fines de prueba, el equipo cargó el marco con un criomódulo análogo llamado carga ficticia: bloques de concreto con las dimensiones, el peso y los puntos de montaje del criomódulo real, que tendrá 10 metros de largo y pesará 27,500 libras o 12,500 kilogramos.

La última prueba, el primer viaje transatlántico del marco, comenzó el 23 de septiembre en el edificio del Centro Industrial de Fermilab en Batavia, Illinois. Allí, el equipo instaló la carga ficticia y la aseguró dentro del marco de transporte, tal como lo haría un criomódulo. También equiparon el sistema con sensores para capturar los impactos observados durante la prueba.

El 26 de septiembre, el marco salió del Fermilab en Batavia y viajó en un remolque hasta el Aeropuerto Internacional O'Hare de Chicago. Dos días después, lo cargaron en un avión de carga y partieron hacia Luxemburgo; El aeropuerto de Luxemburgo es la sede y el centro de una aerolínea de transporte de carga, por lo que todos los vuelos de carga deben pasar primero por el pequeño país. En el aeropuerto de Luxemburgo, varios miembros del equipo Fermilab PIP-II se encontraron con el marco. Utilizando una gran grúa, lo descargaron del avión y luego lo subieron al remolque de un camión, cubriéndolo con una lona para su viaje por carretera al Reino Unido, que partió el 30 de septiembre.

"La validación exitosa del marco de transporte utilizando la carga ficticia es un testimonio de la colaboración internacional dedicada que comprende PIP-II". – Saravan Chandrasekaran

Después de un largo viaje por carretera, incluido el paso a través del Túnel del Canal, el marco llegó al Laboratorio Daresbury, un laboratorio de investigación ubicado cerca de Liverpool y operado por STFC UKRI, el 3 de octubre. Los socios de PIP-II retiraron los paneles y la carga ficticia del marco y Examinó los sensores, parachoques, resortes y otros elementos de hardware. Después de verificar todos los componentes, volvieron a ensamblar el sistema de transporte, lo cargaron en el camión y lo enviaron de regreso a Fermilab el 5 de octubre. La carga ficticia llegó a Batavia, Illinois, el 11 de octubre.

"Yo llamaría a esto un éxito rotundo", dijo Jeremiah Holzbauer, director del subproyecto de transporte PIP-II en Fermilab. "Todo salió tan bien como esperábamos".

Jon Lewis, director de proyecto para la contribución del STFC al PIP-II, estuvo de acuerdo. "Este es un importante ejercicio de reducción de riesgos para nosotros y una prueba real del marco diseñado por Mitchell Kane de nuestro grupo de Proyectos e Ingeniería Mecánica", dijo. “También es fantástico poder recibir una vez más a nuestros colegas del Fermilab en el Laboratorio Daresbury. Trabajar en estrecha colaboración con Jeremiah Holzbauer, Adam Wixson y Ryan Thiede ha reforzado nuestra relación de trabajo entre los dos laboratorios”.

Saravan Chandrasekaran, director técnico del criomódulo PIP-II de 650 MHz en Fermilab, dijo: "La validación exitosa del marco de transporte utilizando la carga ficticia es un testimonio de la colaboración internacional dedicada que comprende PIP-II".

El camión regresa a las instalaciones de UKRI-STFC. Foto: Mitchell Kane, Fermilab

El equipo realizó la prueba utilizando procedimientos, técnicas y supervisión lo más realistas posible. Desde el sistema de aislamiento y la instrumentación de vibración hasta el manejo, la logística y las aduanas, la prueba imitó fielmente lo que pasarán los criomódulos reales durante el transporte. La buena noticia: todos los aspectos del sistema de transporte se consideraron validados por esta prueba.

El siguiente paso de PIP-II es utilizar el mismo marco para enviar un prototipo complejo de criomódulo, ahora en ensamblaje en Fermilab, al Reino Unido y viceversa. Probar el prototipo antes del envío, mientras se encuentre en STFC UKRI, y después de su regreso demostrará que el proceso de transporte puede proteger estos delicados sistemas durante el largo transporte. Esta prueba está actualmente prevista para principios de 2023.

En unos años, STFC enviará los criomódulos de producción en su propio marco de transporte al Fermilab para la construcción de PIP-II.

"El sólido programa de colaboración que tenemos con Fermilab para la entrega de criomódulos superconductores por parte de STFC para PIP-II depende enormemente de nuestra capacidad para transportar de forma segura estos sistemas altamente complejos y frágiles a una distancia extremadamente larga", dijo Peter McIntosh, coordinador técnico de STFC UKRI para PIP. -II y subdirector del Centro de Tecnología y Ciencia de Aceleradores del Laboratorio Daresbury del STFC. “El marco de transporte que hemos desarrollado es fundamental para garantizar que podamos brindar una protección suficiente.

"Esta reciente prueba de transporte no sólo ha proporcionado evidencia importante de cómo se han suprimido eficazmente las cargas de choque, sino que también ha permitido a los equipos de Daresbury verificar muchos de los procedimientos logísticos locales", dijo McIntosh. "Esta primera evaluación resultará increíblemente importante para cuando se realice la próxima validación importante".

El Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos. La Oficina de Ciencias es el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite science.energy.gov.