Treffer: 3D modelling and transient simulation of the superconducting high order corrector magnets for the high luminosity upgrade of the LHC : in collaboration with CERN

In dieser Arbeit werden die supraleitenden, superferrischen, selbsgeschützten Korrektormagneten höherer Ordnung, die Teil des High Luminosity Upgrades des Large Hadron Colliders sind, modelliert und Quench Transienten Simulationen werden durchgeführt. Zu diesen Magneten gehören Sechspol-, Achtpol-, Zehnpol- und Zwölfpolmagneten, die von LASA (INFN) entworfen und hergestellt wurden. Die Aufgabe dieser Korrektormagneten ist es, die magnetischen Feld Fehler der fokussierenden Vierpolmagnete in den zwei Haupt-Kreuzungsbereichen im LHC (ATLAS und CMS) zu korrigieren. Zur Quench-Protection Analyse wird das Python Framework STEAM-SDK verwendet, das am CERN entwickelt wird und mehrere Softwares zur (co-)simulation von supraleitenden Magneten durch einheitliche Modelle verbindet. Im Rahmen der Modellbildung wird die 3D ''Racetrack''-Geometrie der betrachteten Magneten in das Framework implementiert und für alle STEAM tools verfügbar gemacht. Elektromagnetische und thermische Transienten in den Magneten werden mit STEAM-LEDET simuliert, das die 3D-Wärmediffusion entlang des Leiters und zwischen den Windungen, den ohmschen Verlust und den Kopplungsverlust zwischen den Filamenten mit der Finite-Differenzen-Methode modelliert. Weiters wird STEAM-SDK hinsichtlich zweier Automatisierungsfunktionen weiterentwickelt. Zum einen sollen die Parameter aller Leiter automatisiert für jede Spule einzeln berechnet und im Modell angepasst werden. Zum anderen sollen auch alle auf ein Quench Event bezogenen Parameter auf Basis automatisiert erstellter Messungsdateien berechnet und im Modell angepassen werden. Mit dieser Automatisierung wird auch jede Spulen der HL-LHC HOC Magneten von den Design-Parametern an gemessene Werte angepasst. Im Rahmen der Modellbildung müssen mehrere Annahmen getroffen werden, die durch geeignete Simulationen und Messungen validiert und begründet werden. Dabei werden spezifische Aspekte wie die Quench-Propagation zwischen Spulen, die Anpassung der Helium Kühlung ode
In this work, the superconducting superferric self-protected high order corrector magnets that are part of the High Luminosity Upgrade of the Large Hadron Collider are modelled and quench transient simulations are performed. These magnets include sextupole, octupole, decapole, and dodecapole magnets that were designed and manufactured by LASA (INFN). The purpose of these magnets is to correct the magnetic field errors of the focusing quadrupole magnets in the two main intersection regions in the LHC (ATLAS and CMS). To perform a quench protection analysis, the Python framework STEAM-SDK is used, which is developed at CERN and connects several softwares for (co-)simulation of superconducting magnets by unified models. As part of the modelling, the 3D racetrack geometry of the considered magnets is implemented in the framework and is now available across various STEAM tools. Electromagnetic and thermal transients in the magnets are simulated using STEAM-LEDET, which models 3D thermal diffusion along the conductor and between turns, ohmic loss, and inter-filament coupling loss using the finite difference method. Furthermore, STEAM-SDK is further developed with regard to two automation functions. On the one hand, the parameters of all conductors are to be automatically calculated for each coil individually and adjusted in the model. Secondly, all parameters related to a quench event will be calculated and adjusted in the model on the basis of automatically created measurement files. With this automation, each coil of the HL-LHC HOC magnets will also be adjusted from the design parameters to measured values. Within the context of modelling, several assumptions have to be made, which are validated and justified by appropriate simulations and measurements. Specific aspects such as the quench propagation between coils, the adjustment of the helium cooling or the approximation of the magnetic circuit are addressed. Eleven measurements from training quenches at LASA with diff
Daniel Mayr, BSc
Masterarbeit Universität Innsbruck 2023
Kurzfassung in Deutsch und Englisch