A rossz hegesztéseket hibáztatja egy fizikus az LHC-ben

A tervezési hibák és a nem megfelelő kivitelezés is szerepet játszottak abban, hogy 2008 szeptemberében súlyosan meghibásodott a nagy hadronütköztető a CERN-ben. A gyorsítót a napokban indítják el ismét, de egyelőre csak félgőzzel, hogy biztosan kibírja a terhelést.

A világ legnagyobb részecskegyorsítója napokon belül ismét életre kel: az előre tervezett téli szünet után még ezen a héten sor kerülhet az első protonnyalábok belövésére a rendszerbe. Mint arról részletesen beszámoltunk, a nagy hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC) tavaly novemberben indult újra, több mint egyéves leállás és javítás után.

A hosszú szünet oka a 2008. szeptember 19-én bekövetkezett súlyos meghibásodás volt. A 27 kilométer kerületű gyorsítógyűrű több ezer összekapcsolt mágnesből áll. Két ilyen mágnes között hibás volt az elektromos összeköttetés, és ahogy növelték a gyorsítóban az áramerősséget, hirtelen nagy ellenállás lépett fel. A hirtelen keletkező hő kilyukasztotta a hűtőrendszert, és az érintett szektorban mágnesek tucatjai rongálódtak meg.

A javítás során új biztonsági berendezéseket is telepítettek, és továbbfejlesztették a korai riasztórendszert: 6500 új érzékelőt építettek be azzal a céllal, hogy jelezzék, ha a normálistól eltérő elektromos ellenállást észlelnek az összeköttetéseknél.

2010. február 22-én kemény állításokat tartalmazó cikk jelent meg a Superconductor Science and Technology című szaklapban. A szerző Lucio Rossi, aki részt vett az LHC építésében, és azt állítja, hogy a meghibásodást körültekintőbb tervezéssel és kivitelezéssel meg lehetett volna előzni.

Pillantás a rendszer belsejébe két mágnes közötti kapcsolatnál: ehhez hasonló részen történt a hiba, egy rossz elektromos kapcsolat miatt

A hiba okát kereső vizsgálatok feltárták, hogy a meghibásodás helyén nem volt megfelelő a kábelek hegesztése. Mondhatnánk azt, hogy több tízezer ilyen csatlakozásnál talán elkerülhetetlen egy ilyen hiba becsúszása, de a tervezés sem volt megfelelő - állítja Rossi, aki szerint az ón/ezüst forrasztóanyag rossz választásnak bizonyult. Rossi szerint a mérnökök és technikusok sem ellenőrizték megfelelően a csatlakozások minőségét.

A tavaly nyári vizsgálatok során egyébként további gyanús csatlakozásokat is találtak, és egy évig is eltarthat a további ellenőrzés és javítás. Ez is az oka annak, hogy a 2010. február végi újraindítás után a tervek szerint csak a maximális teljesítmény felén fut majd a gyorsító, 18-24 hónapig (14 helyett 7 TeV-es ütközések, a mértékegységet lásd keretes írásunkban).

A meghibásodás után az alagútban

Az LHC építésében részt vevő szakemberek közül sokan úgy gondolják, hogy egy ilyen komplex rendszernél (az LHC jelenleg a világ legbonyolultabb technikai berendezése) természetes, hogy fellépnek hibák, és ezeket hosszú távon ki lehet küszöbölni. Az óceán túloldaláról, a konkurens gyorsítóktól azonban egy ezzel ellentétes véleményt idéz a Nature online hírszolgálata: Jim Strait fizikus (Fermilab) szerint Rossi elemzése alapvetően helyes, és az LHC mágnesei közötti összeköttetések nem elég masszívak.

Az LHC mindenesetre újból elindul. A tervezett 3,5 TeV-es gyorsítás esetén a szupravezető mágnesek csatlakozóin átfolyó 6000 amperes áram a hegesztéseknél található, átlagosan 100 nanoohm-os ellenállásokon még kezelhető feszültségugrást és ellenőrzés alatt tartható hőtermelést okoz, a jelenlegi rendszer ezt elviseli és stabil marad. Ha a szakemberek jobban kiismerik a mágnesek és a csatlakozók működését az 1,9 kelvines üzemi hőmérsékleten, akkor meg fogják tudni oldani a maximális áramerősség melletti működtetést. A 7 TeV-es ütközések pedig több mint háromszor nagyobbak lesznek minden eddiginél, és számos új fizikai eredménnyel kecsegtetnek.

Ismerkedés az energiaegységekkel

A részecskegyorsítókkal való "barátkozáshoz" elengedhetetlen a magfizikában és részecskefizikában használatos energiaegységek megismerése. 1 elektronvolt (eV) az a mozgási energia, amelyre egy elektron 1 Volt feszültségkülönbséget befutva szert tesz. Többszörösei: ezerszerese a kiloelektronvolt (keV); milliószorosa, vagyis a keV ezerszerese a megaelektronvolt (MeV); a MeV ezerszerese a gigalelektronvolt (GeV). Újabban már a TeV egységre is szükség van a gyorsítók leírásánál, ez a teraelektronvolt, az eV billiószorosa, a GeV ezerszerese. (1 TeV=10³ GeV=10⁶ MeV=10⁹ keV=10¹² eV)