Mínusz kétszázötven fokon dolgozik a szupermágnes

Az évtized végére új mágnesekre cserélik a Nagy Hadronütköztető mostani célzóeszközeit, a fókuszáló mágneseket. A szupravezető anyagból készült tekercs már most is olyan vékony, mint egy vontatókötél. Speciális köpeny kell, hogy a mágneses tér ne feszítse szét a csövet.

A Nagy Hadrongyorsító csövekkel, vassal és mágnesekkel van tele. A Higgs-bozonok felfedezésében részt vevő CMS detektor önmagában is tizennégyezer tonnát nyom, ennek egy részét a detektor titán-niobium ötvözetet tartalmazó szupravezető mágnese teszi ki. A CMS detektor mérete és tömege már önmagában is tekintélyt parancsol. A látogatók eltörpülnek mellette, a berendezést szerelő munkások legófigurának tűnnek az óriási műszer mellett.

A CERN "mágnesgyárát" Dr. Bajkó Márta vezeti Forrás: Cern/Maximilien Brice

Kevésbé látványos az a több mint 1200 mágnes, amelyek a protonnyaláb gyorsítását végzik és a nyaláb pályán tartásáért felelősek. Az LHC szupermágnesei első pillantásra dísztelen, tizenöt méter hosszú kék csöveknek tűnnek. Amíg azonban a CMS detektor nagy fánkra hasonlító mágnese 3,8 tesla erejű mágneses teret tud létrehozni, a sugarat kormányzó mágnesek több mint nyolc teslás teret hoznak létre.

A tesla túl nagyra sikerült

A tesla egyike a fizika kevéssé szerencsésen meghatározott származtatott mennyiségeinek. A definíció szerint az coulomb töltésű, egy tesla erősségű mágneses téren egy méter per szekundummal áthaladó részecskére egy newton erő hat. Az egy tesla azonban olyan hatalmas mennyiség, hogy a mindennapi életben ennek csak töredékével szoktunk találkozni. A Föld mágneses tere például pusztán 31 mikrotesla, egy átlagos hűtőmágnes tere pedig öt militesla erővel bír.

Tuningra készül az LHC

A Dr. Bajkó Márta által vezetett mágnesgyárban - amelyet hivatalosan Szupravezetőmágnes Tesztállomásnak hívnak - már a 2018-as leállásra készülnek fel. A közvetlenül a detektorok előtt található négypólusú fókuszáló mágneseket fogják cserélni. A cseréhez teljesen új technológiát kell kidolgozni. A mostani titán-nióbium ötvözetből készült szupravezető mágnesek helyett, a bonyolultabb gyártástechnológiát igénylő titán-ón mágnesek kerülnek majd a gyorsítóba. Az új alkatrészek 12 tesla erejű mágneses teret tudnak majd generálni. A nagyobb mágneses tér pontosabb fókuszálási lehetőséget biztosít, ezáltal pedig százszorosára nőhet a részecskenyaláb luminozitása, azaz százszor több ütközés történhet majd a detektorokban.

A jobb oldali csövön látszik a titán-nióbium szupravezető tekercs Forrás: Szedlák Ádám - Origo

A titán-ón mágneseknek van még egy komoly előnyük: magasabb hőmérsékleten válnak szupravezetővé - tudtuk meg Bajkó Mártától. Már 18 kelvines hőmérsékleten (azaz mínusz 255 Celsius fokon) is megszűnik az ellenállás a mágnes anyagában, míg a mostani mágneseket egészen 9,2 kelvinig (mínusz 264 Celsius fokig) le kellett hűteni, hogy működőképesek legyenek.

Kézzel válogatott szupermágnesek

Az LHC remek teljesítményéhez az is hozzájárul, hogy a több beszállító által gyártott kétpólusú gyorsítómágneseket volt idő egyesével megvizsgálni, tesztelni és bemérni. A gyorsítócső összeszerelésekor a specifikációnak a legjobban megfelelő, tökéletes darabok kerültek a legfontosabb pontra, a mágnescsoportok közepére. A mágnesgyárban akkor is folyt a tesztelés, amikor Bajkó Márta körbevezette a magyar csoportot. A tesztpadoknak egy részén ott álltak a jellegzetes kék csövek, felettük pedig egy digitális kijelző írta az aktuális mérési adatokat.

Ottjártunkkor is volt mágnes a tesztpadon Forrás: Szedlák Ádám - Origo

A tesztpad mellett egy kettévágott, szemléltetőeszköznek használt egységet is meg lehetett nézni. Itt derült ki csupán, hogy a mostani 8,2 teslás tekercs alig vastagabb, mint egy autó vontatókötele, a részecskenyalábot tartalmazó cső pedig alig 3-4 centiméter átmérőjű. A kékre festett vastag cső nagyobbik részét a hűtés és a mágneses erőnek ellenálló rendkívül vastag, nagy szilárdságú burkolat teszi ki, ami arra szolgál, hogy a szupravezetőt védje a túlmelegedéstől, illetve erős burkolatot biztosítson, amelyben egy milliméteres torzulást sem okoznak a bent ható óriási erők.

Ugyan a 2018-as fejlesztés során csak tizenhat darab fókuszálómágnest fognak cserélni, Bajkó Márta szerint a program nem lesz olcsóbb annál, mint az LHC mostani, 1236 darab mágnesének a megrendelése került. Az ipari szereplők számára túl kicsi tétel a tizenhat darab, különösen ha speciális, csúcstechnológiás alkatrészről van szó, ezért nem szállnak be a fejlesztésbe. Bajkó szerint a szupermágnesek 2-3 év fejlesztés után így is el fognak készülni, a rövidebb prototípusokkal már folyik a tesztelés, papíron pedig elkezdték tervezni a következő generációs, húsz teslás mágneseket.