Tesis doctoral de Andrés Gómez Alonso
The large hadron collider (lhc) built at cern, the european laboratory for particle physics will accelerate high intensity proton beams up to an energy of 7 tev per proton. the energy stored in the lhc magnets reaches about 10ugj and each of  the proton beams stores about 360 mj at  nominal collision energy. accidental  release of  this energy in an uncontrolled way would lead to serious damage of  the accelerator  equipment.  the lhc machine protection systems are designed to protect the accelerator against such uncontrolled release of the stored energy. they provide constant monitoring of critical equipment, constant monitoring of the beam position and losses, a very reliable beam dump system and fast,  very reliable interlock systems to transmit  protection critical  signals.  while protecting the accelerator in case of failure, the machine protection systems must also ensure maximum operational availability of the lhc beams. magnet  failures produce the fastest  effects on the beam and are most  critical  with respect  to machine protection. quenches (loss of  magnet  superconductivity)  and failures of  the power  converters (powering failures)  have been considered. these failures produce a current decay in the magnet and the corresponding decay in the magnetic field. the current decay after a quench has been modeled by a gaussian curve based on previous studies. the current decay generated by powering failures has been considered exponential. in order to evaluate the effects of magnet failures on the beam, particle tracking with variable magnetic fields has been done using the madx program.  dipole failures produce a closed orbit  distortion that  can be easily determined analytically. losses produced by dipole failures are generally localized. quadrupole failures lead to beta beating and tune shift, which in the transverse plane translate into either defocusing or displacement of the beam. the crossing of nonÂlinear resonances induced by the tune shift can generate losses of up to 10% of the beam intensity, and beam losses induced by quadrupole failures may be distributed over many locations. the transverse distribution of  the primary losses at  the collimators can be described by a function of  exponential nature,  allowing a fast  characterization of  the impact  from the parameters of  the function.  dipole and quadrupole failures lead to primary impacts that are not significantly different in shape or size, and in both cases faster failures produce broader impacts. the average impact parameter for the cases studied ranges from less than 5 ¿m to about 1umm. the amount of losses reaching the superconducting elements from particles scattered after a primary impact is greater for impacts at collimators outside or at the end of the cleaning insertions. it may reach up to 10% of the beam intensity at  450 gev and 1% at  7 tev and in most  cases,  it  decreases with increasing impact  parameter  of  the primary impact. with circulating beam at lhc, powering failures of the d1 dipoles at ir1 and ir5 produce the fastest losses both at 450 gev and 7 tev, reaching the damage level in less than 3 ms in both cases. other failures of normal conducting magnets could produce damage after about 10 ms and quenches in the main superconducting dipoles may lead to damage about 15 ms after the current decay starts. redundancy is ensured when, for a given failure, at least two independent protection systems react on time. the beam loss monitors are able to request a beam dump in time for every failure case considered. in combination with the quench protection system, the powering interlock controller and the fast magnet current change monitors most failure cases are redundantly protected. only quenches of some superconducting dipoles are not  redundantly protected with these systems,  but  redundancy can be ensured by additional systems, such as a fast beam current monitor.
Datos académicos de la tesis doctoral «Redundancy of the lhc machine protection systems in case of magnet failures«
- Título de la tesis: Redundancy of the lhc machine protection systems in case of magnet failures
- Autor: Andrés Gómez Alonso
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 17/04/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Francisco Calviño Tavares
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Luis García tabares
- mathias Vogt (vocal)
- bernhard Holzer (vocal)
- Antonio Vergara fernández (vocal)