L'innovazione del robot LESS del CERN
Robotica per strutture di superficie realizzate con il laser
In questo articolo:
- Il robot LESS consente il trattamento delle superfici in situ al CERN: sviluppato da Waygate Technologies, il robot LESS esegue il trattamento Laser Engineered Surface Structures (LESS) all'interno degli schermi del fascio del Large Hadron Collider (LHC) per eliminare le nubi di elettroni che degradano le prestazioni del fascio di protoni.
- Robotica di precisione per spazi ristretti: Il robot opera in punti di accesso estremamente stretti (fessure di 15 cm) e in schermi a fascio lungo (fino a 15 metri), utilizzando un movimento a vite senza fine azionato pneumaticamente e una testa di trattamento rotante a controllo di precisione.
- Incisione laser ad alta precisione: Il sistema incide microscopici motivi a spirale su superfici metalliche con una precisione di 10 micron, creando texture che intrappolano gli elettroni e impediscono la formazione di nubi all'interno delle camere a vuoto dell'LHC.
- Innovazione collaborativa con il CERN e il mondo accademico: Il progetto ha coinvolto il CERN, l'Università di Dundee e il Science and Technology Facilities Council (STFC), mostrando la potenza dell'ingegneria interdisciplinare.
- Una svolta nella manutenzione degli acceleratori di particelle: Il robot LESS rappresenta un importante progresso nella manutenzione robotizzata per la fisica delle alte energie, consentendo una modifica non invasiva e di alta precisione delle superfici di uno degli strumenti scientifici più complessi al mondo.
LESS
Il Large Hadron Collider (LHC) è l'acceleratore di particelle più grande e potente del mondo. È stato avviato per la prima volta il 10 settembre 2008 e rimane l'ultima aggiunta al complesso di acceleratori del CERN. L'LHC è costituito da un anello di 27 chilometri di magneti superconduttori con una serie di strutture di accelerazione per aumentare l'energia delle particelle lungo il percorso.
Sviluppata congiuntamente da ricercatori dell'Università di Dundee e del Science and Technology Facilities Council (STFC), la tecnologia - nota come LESS (Laser Engineered Surface Structures) - aumenta la gamma di esperimenti possibili sull'LHC contribuendo a eliminare la cosiddetta "nube di elettroni": una nube di particelle negative che può degradare le prestazioni dei fasci primari di protoni che circolano nell'acceleratore.
Questo trattamento superficiale in situ deve essere effettuato in tubi relativamente lunghi (fino a 15 metri) e stretti, il che significa che la luce laser deve essere diffusa su lunghe distanze in uno spazio molto limitato. Per il trattamento in situ dei magneti di LHC, l'accesso agli schermi del fascio è limitato a una fessura d'ingresso lunga 15 cm creata smontando una parte dell'unità di interconnessione rimovibile chiamata modulo plug-in. Inoltre, il modello di scanalature scelto richiede un'elevata precisione nel movimento della testa di trattamento (10 micro metri). Tutti questi requisiti hanno portato a un sofisticato sviluppo hardware e software, ovvero la fibra ottica con il sistema di erogazione del fascio, il robot che trasporta la fibra e fornisce il trattamento all'interno dello schermo del fascio e il sistema di controllo che gestisce l'intero processo.
Sezione della superficie trattata con LESS
Vista dall'alto della superficie trattata con LESS.
Vedetelo in azione
Obiettivi del progetto
Il robot di trattamento LESS è una soluzione innovativa progettata e realizzata da Waygate Technologies Robotics per il trattamento in situ degli schermi del fascio di LHC. Le dimensioni del robot sono limitate longitudinalmente dalla fessura d'ingresso dell'interconnessione e dalla forma della sezione trasversale dello schermo del fascio. Il robot si muove lungo lo schermo del fascio secondo il principio del movimento a vite senza fine, per mezzo di un sistema di bloccaggio ad azionamento pneumatico. Il movimento del robot lungo lo schermo del fascio è disgiunto dal movimento della testa di trattamento, che è effettuato da un motore elettrico accoppiato a una vite di guida di precisione.
Durante la strutturazione LESS il robot rimane rigidamente bloccato allo schermo del fascio e solo la testa di trattamento rotante si muove longitudinalmente incidendo il motivo a spirale nello schermo del fascio.
I test hanno dimostrato che è possibile riformulare la superficie dei metalli nelle camere a vuoto di LHC con un design che al microscopio assomiglia al tipo di imbottitura sonora che si vede negli studi musicali. La superficie può intrappolare gli elettroni, mantenendo le camere libere dalla nube. L'Università di Dundee ha dichiarato che i test iniziali presso il Super Proton Synchrotron, l'iniettore di LHC, hanno dimostrato che il metodo LESS è molto efficace nel controllare la resa degli elettroni, in quanto le nubi di elettroni sono state completamente eliminate.
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