Čo sa deje v najväčšom urýchľovači sveta LHC?

Autor: Eduard Kladiva | 20.9.2008 o 19:30 | Karma článku: 14,37 | Prečítané:  18540x

Kto si myslí, že vedecká práca je pokojné hĺbanie nad problémami ľudstva, alebo nerušené vysedávanie nad vedeckými prístrojmi v tichom šere laboratória, hlboko sa mýli. Ozajstná vedecká práca je neustály boj s problémami, hľadanie chýb a ich odstraňovanie, nekonečné ladenie a vylepšovanie aparatúry, zdokonaľovanie algoritmov, vyhodnocovanie priebežných aj výsledných nepresností a kdesi na konci úsilia formulovanie výslednej správy v optimistickom tóne. Aj na urýchľovači LHC začal bežný vedecký život. K nemu patria poruchy, havárie, opravy.

Minulú stredu, 10. septembra 2008, bol v medzinárodnom výskumnom stredisku CERN pri Ženeve oficiálne uvedený do prevádzky najväčší urýchľovač sveta nazývaný LHC (Large Hadron Collider, do slovenčiny prekladaný najčastejšie ako Veľký hadrónový zrážač). Udalosť zaznamenali všetky význačné svetové aj slovenské média a vyvolali silnú vlnu záujmu o subjadrový fyzikálny výskum predovšetkým vďaka fantastickej hypotéze vzniku čiernej diery počas prevádzky urýchľovača, ktorá by údajne mala pohltiť nielen vedcov aj s urýchľovačom, ale celú Zem a snáď aj celý vesmír.
Uvedenie do stabilnej prevádzky tak zložitého zariadenia, ako je urýchľovač LHC, nemôže byť záležitosť jedného dňa, ale desiatok mesiacov. Minulý týždeň iba vyvrcholilo úsilie medzinárodného kolektívu vedcov, inžinierov a technikov v jednej z etáp montáže a otestovania kryogénnych magnetov. Ide o tzv. dipólové magnety, ktoré majú udržiavať zväzok častíc na kruhovej dráhe dlhej skoro 27 km s presnosťou na mikrometre (na hrúbku ľudského vlasu).
Kritickým v tejto fáze bolo predovšetkým zosynchronizovanie poldruha tisícky magnetov s predstupňom LHC – urýchľovačom SPS, ktorý vstrekuje protóny s energiou 450 GeV do trubíc LHC. Po úspešných testoch v auguste 2008 bolo možné pristúpiť k naladeniu a vedeniu zväzku celým okruhom urýchľovača. Najskôr jedným smerom, potom opačným. V tejto fáze ešte neboli častice v trubici LHC urýchľované na vyššie energie a ani oba zväzky protónov neboli vedené v trubiciach urýchľovača proti sebe súčasne. Nemohlo teda dôjsť k intenzívnym zrážkam protónov. Detektorové komplexy rozmiestnené po obvode urýchľovača ale predsa len zaregistrovali prvé prípady zrážok protónov s atómmi, ktoré ostali vo vákuu urýchľovacej trubice.
V stredu 10. septembra bol verejnosti prostredníctvom akreditovaných novinárov demonštrovaný dosiahnutý úspech - vedenie protónov po presnej dráhe celým okruhom urýchľovača najskôr v jednom smere a potom v opačnom. Na druhý deň, keď novinári odišli, cirkuloval zväzok v okruhu celú polhodinu. Zatiaľ čo svet čítal správy o štarte urýchľovača, chlapci z urýchľovacieho komplexu vedcom ukázali najdôležitejší výsledok tejto etapy - že vedia zväzok stabilne udržať v trubici.

Inžinieri kontrolujú supravodivý magnet
Inžinieri kontrolujú elektornické obvody supravodivého magnetu urýchľovača LHC (foto CERN)


Na urýchľovač sa vrátil bežný život. Krátko po úspešnom predvedení urýchľovača došlo k vážnejšej poruche napájacieho systému. Nevydržal tridsaťtonový transformátor s výkonom 12 MW a 11. septembra v noci prestal dodávať elektrickú energiu kompresorom systému chladenia magnetov. Teplota magnetov stúpla z prevádzkovej teploty 1,9 K (-271,3 °C) na 4,5 K, čo je nedostatočné pre ich normálnu činnosť.
Nový urýchľovač LHC čiastočne využíva starú infraštruktúru svojho predchodcu v podzemnom tuneli, urýchľovača LEP, ktorý urýchľoval na vysoké energie ľahšie elektróny. Podobné poruchy starších zariadení sa očakávali. Technici vymenili starý transformátor za nový a 18. septembra pripravili urýchľovač k nasledujúcej etape testovania - súčasnému vedeniu dvoch zväzkov protónov proti sebe a k ich zrážkam v miestach križovania sa zväzkov – v miestach detektorových komplexov ATLAS, CMS, ALICE a LHCb.
Počas prípravy posledného sektora magnetov ale došlo k prvej serióznej havárii v tunelu urýchľovača. Pravdepodobne v dôsledku prerušenia elektrického spojenia medzi magnetmi jeden zo supravodivých magnetov v sektore 34 prešiel včera v 11:27 doobeda do tzv. quench režimu. Ide o stav, kedy cievka magnetu nekontrolovane prejde zo supravodivého stavu do stavu normálneho odporu cievky. Zapracujú ochranné systémy a obrovská energia (rádovo stovky megajoulov), ktorá normálne cirkuluje v supravodivej cievke bez strát, sa na ochrannom odpore premení na teplo. Teplo spôsobí prudké odparenie kvapalného hélia z magnetu do zádržných nádrží ale pokiaľ je prechod veľmi prudký, hélium unikne aj cez poistné ventily do tunelu. To stalo práve včera. Pri prevádzke urýchľovača platia prísne bezpečnostné pravidlá, prístup ľudí do tunelu je viacnásobne blokovaný, nikto zo zamestnancov preto nebol v ohrození zdravia alebo života.

Hasiči na ceste k miestu havárie
Jednotka hasičov na ceste k miestu havárie počas cvičnej akcie (foto CERN)


Podobná udalosť na supravodivom magnetu nie je výnimočná, aj keď nie celkom bežná. Pokiaľ pri nej nedôjde k mechanickému poškodeniu častí magnetu, jeho kryogénneho systému alebo vakuového systému urýchľovacej trubice, potom nahradenie uniknutého hélia a opätovné ochladenie magnetov na prevádzkovú teplotu zaberie iba 1-3 týždne.
V sektore 34 urýchľovača LHC sa poškodili časti magnetov a bude potrebné ich zameniť. Presný rozsah poškodenia ešte nie je známy, na mieste havárie pracuje tím odborníkov. Je potrebné celý sektor magnetov (jednu osminu okruhu urýchľovača) ohriať na bežnú teplotu, urobiť potrebné opravy a celý sektor opäť ochladiť na prevádzkovú teplotu 1,9 K. Ohrievanie aj ochladzovanie magnetov je zložitá procedúra, celá odstávka sektoru zrejme potrvá dva mesiace.

Riadiace stredisko ATLAS
Pohľad do riadiacej miestnosti detektora ATLAS (foto E. Kladiva)


Na zrážky častíc, ktoré vedci dúfali zaregistrovať v detektorových komplexoch už tento víkend, si preto budú musieť ešte počkať. Samotné detektory sú pripravené k registrácii zrážok už niekoľko mesiacov. Nestoja ale bez úžitku, naopak, fyzici na nich intenzívne pracujú v osemhodinových smenách vo dne v noci. Na smenách detektorov ATLAS a ALICE sa zúčastňujú aj slovenskí fyzici z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky UK Bratislava, z Ústavu experimentálnej fyziky SAV Košice a z Prírodovedeckej fakulty UPJŠ Košice. Detektory priebežne registrujú častice kozmického žiarenia alebo testujú svoje rôzne vnútorné systémy, namerané údaje sa priebežne spracovávajú. Na základe získaných dát môžu fyzici svoje aparatúry presnejšie naladiť a pripraviť pre prvé ozajstné zrážky častíc.

Neočakávanú prestávku v práci urýchľovača zrejme detektorové tímy využijú tiež na opravenie tých častí vlastnej aparatúry uloženej v podzemí, ku ktorej počas práce urýchľovača nie je prístup. Pôvodne tieto podzemné opravy boli naplánované na zimnú niekoľkomesačnú prestávku urýchľovača, ale teraz bude nutné plány operatívne zmeniť. Zatiaľ nie je známe, či urýchľovač bude po oprave poškodeného sektora uvedený do prevádzky ešte pred zimnou odstávkou a či uvidíme prvé zrážky protibežných protónov v LHC ešte tento rok. Čaká sa na rozhodnutie vedenia CERN.


Aktualizácia z 23.9.2008

Podľa oficiálneho oznámenia Roberta Aymara, riaditeľa CERN, sa zatiaľ potvrdzuje pôvodná hypotéza vzniku havárie v sektoru 34 urýchľovača LHC – zlyhanie elektrického prepojenia medzi dvoma magnetmi, ktoré vyvolalo rozsiahly quenching, únik hélia a poškodenie niektorých častí urýchľovača. Pre výmenu poškodených častí a detailné preskúmanie príčin havárie je nutné celý sektor ohriať na izbovú teplotu. Ohrievanie už začalo a potrvá asi 3 týždne.
Vedenie CERN rozhodlo dôkladne vyšetriť príčiny havárie, preto urýchľovač LHC nebude uvedený do prevádzky pred plánovanou zimnou odstávkou, ale až začiatkom jari 2009. Výskumné tímy v CERN už začali pripravovať údržbu podzemných častí svojich detektorov, pôvodne plánovanú na zimu. Naďalej pokračuje testovanie a kalibrácia detektorov s využitím kozmického žiarenia až kým nezačnú práce v podzemí. Spracovanie nameraných údajov bude pochopiteľne na programe celú zimu.


Publikované v rámci projektu LPP-0181-07 Agentúry na podporu výskumu a vývoja SR
Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

Stĺpček šéfredaktorky

Sloboda sa už nedala zastaviť

Strážcovia komunistických privilégií ešte urobili posledný pokus.


Už ste čítali?