新型 CERN 准直器全尺寸质子束冲击测试及面向未来运行的数值方法验证

在欧洲核子研究中心(CERN)一项大型粒子加速器升级项目中，正在生产新型准直器以保护束流线免受杂散粒子影响。其可动钳口采用低密度吸收体并满足严格的几何要求，同时需承受直接的质子束冲击。此类事件会引起显著的热机械载荷，导致复杂的结构响应，使数值分析颇具挑战。因此，开发了一项实验，以在代表性条件下验证钳口设计，并获取在线结果以改进数值模型。两个钳口已在 CERN 专用设施中受到高强度质子束冲击，重现了未来运行中最糟糕的可能场景。在线结果分析与辐照后检查相结合表明，钳口响应仍处于弹性域。然而，它们也凸显了钳口几何形状对其在准直器内安装支撑的敏感性。质子束冲击以及操作活动可能使钳口平面度公差值改变 $\pm$ 70 ${\mu}$m，而平面度公差要求为 200 ${\mu}$m。尽管已针对该应用验证了钳口设计，本研究仍指出了由于难以以如此空前的要求描述复杂几何与边界条件而引起的数值局限性。