WEITI » Aktualności » Wydarzenia »
Akcent WEiTI PW we współpracy z Fermilab
"Linia Dystrybucji Fazy dla Systemów Diagnostyki Wiązki Akceleratora PIP-II" (ang. Beam Instrumentation Reference Line – BIRL) jest projektem innowacyjnego, wysokoprecyzyjnego systemu dystrybucji sygnału referencyjnego fazy dla systemów diagnostyki wiązki w akceleratorze liniowym PIP-II (Proton Improvement Plan II). Akcelerator jest budowany w ośrodku badań nad fizyką cząstek elementarnych i fizyką wysokich energii Fermilab w Batavii, IL, Stany Zjednoczone (ang. Fermi National Accelerator Laboratory). Jako partner badawczy Politechnika Warszawska (PW) odpowiada za opracowanie linii służącej do dystrybucji sygnału odniesienia fazy o częstotliwości 162,5 MHz dla systemów diagnostyki wiązki.
Projekt powstaje w ramach międzynarodowej umowy o współpracy badawczej "International Cooperative Research and Development Agreement" podpisanej pomiędzy Fermilab, Politechniką Warszawską i Politechniką Łódzką. Umowa ta umożliwia uruchamianie przez partnerów indywidualnych projektów zdefiniowanych w dokumentach "Statement of Work". Projekt BIRL współfinansuje również Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Dr hab. inż. Krzysztof Czuba, prof. uczelni od 2020 roku pełni w zespole PIP-II funkcję International Technical Coordinator.
Projektowana linia BIRL zapewni wysoką stałość referencji fazowej dla precyzyjnych pomiarów pozycji wiązki protonowej przez systemy Beam Position Monitor. Minimalizację dryftu fazy sygnału referencyjnego w tunelu akceleratora do poziomu poniżej 1° pomiędzy każdym z 34 wyjść rozlokowanych w ponad 220 metrowym tunelu jest kluczowym wymaganiem projektowym linii BIRL. Dotychczas stosowane metody dystrybucji sygnałów referencyjnych w liniach o tak wyśrubowanych parametrach wykorzystują głównie pośrednie metody pasywne stabilizacji fazy polegające na regulacji parametrów takich, jak temperatura, wilgotność oraz ciśnienie powietrza/gazu w otoczeniu lub wewnątrz linii sygnałowych. Metody te są dość kosztowne i zapewniają ograniczoną redukcję dryftów fazy. Te ograniczenia sprawiły, że zespoły z Fermilab oraz PW wspólne podjęły się opracowania zaawansowanych aktywnych technik stabilizacji fazy, obejmujących interferometryczną metodę redukcji dryftów fazy zaimplementowaną na platformie cyfrowej. Wykorzystuje ona nowatorski dwutonowy sposób kalibracji urządzenia. W opracowanej przez PW technice dwutonowej stosuje się dodatkowy sygnał o innej częstotliwości, który w czasie rzeczywistym umożliwia precyzyjny pomiar i kompensację dryftów fazy. Takie podejście umożliwia obniżenie wymagań stawianych poszczególnym komponentom systemu, a także zapewnia niezawodność i jednoczesną wysoką precyzję działania, a także upraszcza koszty infrastruktury mechanicznej. Ponadto rozwiązanie to zapewnia ciągły dostęp do danych diagnostycznych, monitorowanie stanu systemu oraz automatyczne wykrywanie awarii. Duża dostępność danych diagnostycznych dla badaczy jest jednym z kluczowych wymagań współczesnych urządzeń badawczych w dużych eksperymentach akceleratorowych.
Projekt ma bardzo istotne znaczenie naukowe, stanowiąc nie tylko wkład w rozwój technik stabilizacji fazy, ale także wytycza nowe kierunki w projektowaniu rozwiązań inżynierskich dla dużych instalacji badawczych typu tzw. Big Experiments. Wyniki tych badań zostaną opublikowane w czołowych czasopismach naukowych, a realizacja projektu wzmacnia współpracę polskich naukowców i konstruktorów specjalistycznego sprzętu pomiarowego z naukowcami z Fermilab. Zespół z Politechniki Warszawskiej składa się z wykwalifikowanych inżynierów elektroników posiadających bogate doświadczenie w konstruowaniu zaawansowanych urządzeń na potrzeby stabilizacji fazy i pomiarów RF, zdobyte podczas realizacji podobnych projektów dla największych liniowych akceleratorów cząstek, takich jak European XFEL (E-XFEL) oraz European Spallation Source (ESS). Dotychczasowe sukcesy zespołu PW są gwarancją osiągnięcia wysokiej jakości technicznej i naukowej w realizacji tego projektu. Udział w projekcie akceleratora PIP-II pozwoli na dalszy rozwój kompetencji naszego zespołu w zakresie budowy elektroniki umożliwiającej przeprowadzanie eksperymentów fizyki wysokich energii, która była prowadzona przez PW we współpracy międzynarodowej już od wielu lat (np. CERN czy też DESY).
