Progettazione e Ottimizzazione 2D della sezione trasversale di un magnete in Nb3Sn per futuri acceleratori di particelle

Abstract

Alla fine del 2012 è stato finanziato l'ambizioso progetto europeo Future Circular Collider. Il collisore sarà lungo 100 km, quasi 4 volte più lungo di quello attuale, e la potenza richiesta dai nuovi magneti è quasi doppia rispetto a quella attuale. Durante i sette mesi di tesi, svolta presso l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Genova (IT), è stato necessario studiare a fondo il magnete dipolo superconduttore FalconD per i futuri acceleratori di particelle. Le elevate prestazioni richieste rendono obbligatorio l'uso dei più recenti superconduttori Nb3Sn; pertanto, questa nuova tecnologia implica la rivisitazione dei criteri di progettazione tradizionali, a partire dalla modellazione della sua sezione trasversale. Sfruttando l'analisi agli elementi finiti, è possibile modellare e simulare il comportamento dei nuovi conduttori; in particolare, l'intera attività ha previsto la modellazione della sola sezione trasversale in 2D, consentendo di proporre e presentare una possibile soluzione alla Preliminary Design Review, tenutasi al CERN di Ginevra nell'agosto del 2022. Dopo la Review, il lavoro è proseguito, consentendo di ottenere ulteriori importanti risultati.

As of the end of 2012, the ambitious European Future Circular Collider project was funded, the collider will be 100 km long almost 4 times as long as the current one, and the power required by the new magnets is almost twice as high as the current ones. During the entire seven-month thesis work, carried out at the National Institute of Nuclear Physics in Genoa (IT), it was necessary to study in depth the FalconD superconducting dipole magnet for future particle accelerators. The important performances required made mandatory the use of the latest superconductors made of Nb3Sn; therefore, this new technology implied revisiting the traditional design criteria already starting from the modeling of its cross-section. Taking advantage of Finite Element Analysis, it was possible to model and simulate the behavior of the new conductors; in particular, the entire activity involved modeling only the cross-section in 2D allowing to propose a possible solution presented at the Preliminary Design Review held at CERN in Geneva in August 2022. Subsequent to the Review, the work continued allowing further important results to be obtained.