تم إنشاء “عقل” إلكتروني لواحد من أقوى مسرعات المستقبل

مختبر بروكهافن الوطني، وزارة الطاقة الأمريكية تم اختباره بنجاح نظام تحكم رئيسي لمصادم الإلكترون الأيوني المستقبلي (EIC).

في قلب أي مسرع للجسيمات توجد أنظمة الترددات الراديوية. إنها تولد موجات كهرومغناطيسية تعمل على تسريع حزم الجسيمات لتقترب من سرعة الضوء وتبقيها في مسارها بدقة. قام فريق من المهندسين بإنشاء واختبار نظام الترددات الراديوية منخفضة المستوى (LLRF)، وهو “عقل” حقيقي يتحكم في هذه المجالات بدقة عالية.

أول اختبار حقيقي للمنصة المشتركة

كان هذا أول اختبار ناجح لإلكترونيات LLRF الجديدة على مرنان حقيقي في ظل ظروف مسرع حقيقية. في السابق، تم اختبار كل شيء فقط في النماذج ومقاعد المختبر. الآن يعمل النظام كوحدة واحدة مع مكبرات الصوت والرنان.

قال كيفن ميرنيك، مهندس المختبر والقائد الفني لمشروع المنصة الشامل: “كانت هذه هي المرة الأولى التي نستخدم فيها معداتنا الجديدة على تجويف RF حقيقي، حيث يعمل النظام بأكمله – مكبرات الصوت والتجويف وأدوات التحكم – بشكل متناغم”.

في السابق، في مصادم الأيونات الثقيلة النسبي (RHIC)، الذي تم إيقافه في فبراير 2026، كان لكل نظام فرعي إلكترونياته الخاصة المصممة خصيصًا. وقد أدى ذلك إلى ازدواجية الجهود ومشكلات التوافق.

المنصة المشتركة الجديدة تعمل بشكل أفضل. فهو يسمح للفرق المختلفة باستخدام نفس المكونات الأساسية وتخصيصها لتناسب احتياجاتهم. استغرق التطوير ثلاث إلى أربع سنوات.

وقالت جيتا نارايان، مديرة مشروع النظام الفرعي LLRF: “كانت هذه محاولة لتنسيق عمل المجموعات المختلفة باستخدام منصات أجهزة مختلفة”.

النظام عبارة عن وحدات: لوحة مركزية توزع إشارات الساعة وبياناتها، وتضيف اللوحات الإضافية وظائف متخصصة. ينقل النظام الجديد البيانات بسرعات تصل إلى 8 جيجابت في الثانية، وهو أكثر إحكاما وقوة بشكل ملحوظ من حلول RHIC الأقدم.

كيف يعمل LLRF في الظروف الحقيقية

يقوم النظام بمراقبة الجهد والطور بشكل مستمر في الرنانات ويصحح الانحرافات على الفور باستخدام المصفوفات القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs). عملت بثبات أثناء الاختبارات عدة أيام متتالية، مما يوضح خصائص الضوضاء المحسنة والاحتفاظ الدقيق بالمعلمات المحددة.

وأوضح ميرنيك: “إنهم يعملون بشكل مستمر، ويحدثون بمعدل مرتفع جدًا لإجراء هذه التعديلات الصغيرة. وهذا يصحح التقلبات السريعة والانجراف طويل المدى”.

النظام الجديد أكثر إحكاما وأسرع وأكثر موثوقية من الأنظمة القديمة. أثناء الاختبارات، حافظت على معلمات مستقرة لعدة أيام، وأظهرت خصائص ضوضاء ممتازة.

قالت جيتا نارايان: “لقد كان ملهمًا جدًا للمهندسين الطموحين أن يروا جهودهم تؤتي ثمارها”.

وأشار سينغ إلى أن الاختبارات الواقعية كشفت عن فروق دقيقة غير مرئية في النماذج.