LHC je opraven a probíhá testování

12. červenec 2009 | 06.00 |

lhc3Nejsložitější vědecký přístroj všech dob - obří urychlovač částic Large Hadron Collider (LHC), se loni v září porouchal jen několik dní po svém spuštění. Nyní skončila první etapa oprav. Zařízení, které bude hledat odpovědi na základní otázky o podstatě hmoty, by mělo být opět spuštěno na podzim. LHC bude po svém úplném uvedení do provozu, což se předpokládá až v roce 2010, urychlovat protony na 99,9999991% rychlosti světlave vakuu , což jim dodá obrovskou energii - 7x  větší, než dokáže největší urychlovač současnosti.

Selhání LHC bylo způsobeno 19. září 2008 elektrickým zkratem mezi dvěma elektromagnety urychlovače. Během zvyšování hodnoty proudu v hlavním obvodu se v tomto místě objevil elektrický odpor, kvůli kterému vzniklo napětí 1 V při hodnotě proudu 8,7 kA. Zdroj nemohl udržet požadovanou úroveň proudu a systém přešel do pomalého režimu vybíjení a zhruba po 0,4 s se plánovaně přešlo k proceduře rychlého snižování proudu.

V další sekundě však vznikl elektrický oblouk, který způsobil vznik otvoru v materiálu, který odděluje kapalné helium od vakua vytvářejícího tepelnou izolaci. Helium se tak dostalo do izolačního vakua v kryostatu magnetů. Po třetí a čtvrté sekundě bylo vakuum narušeno heliem a nečistotami i v urychlovacích trubicích pro první i druhý svazek. Pak začalo helium a nečistoty pronikat i do sousedních subsektorů. Ztráta supravodivosti a zkraty se začaly šířit také do těchto subsektorů. Během 20 následujících sekund proběhlo několik dalších vyprovokovaných zkratů v řadě míst sektoru. Všechny samočinné ventily v systému obsahujícím kapalné hélium se otevřely aby zabránily příliš velkému přetlaku a helium se hromadně dostalo do izolačního vakua pro kryogenní magnety. 
Ventily na izolačním vakuovém systému kryostatu se také otevřely a to v okamžiku, když tlak i v tomto vakuovém systému překročil atmosférický. Helium se tak dostalo až do tunelu. Ani takový únik však nestačil ke snížení tlaku ve vakuovém izolačním systému subsektoru, ve kterém k poruše došlo, pod požadovanou hodnotu 0,15 MPa. Došlo tak k velkým tlakovým silám na uzávěry oddělující vakuové systémy tohoto a okolních subsektorů. Vznikla tak řada poškození propojení magnetů i konstrukcí upevňujících a držících magnety.
Okolo dvou tun helia se dostalo až do tunelu a spustilo varovné hlásiče nedostatku kyslíku i havarijní vypínač. Ten vypnul dodávky elektřiny a dalších médií pro sektor 3-4. V následujícím úniku z otevřených armatur, který trval až do obnovení dodávek elektřiny a zajištění uzavření ventilů, byly ztraceny další čtyři tuny helia.

Celková ztráta tak dosáhla šesti z celkových patnácti tun helia, které byly v sektoru 3-4 na počátku.

Následky nehody byly rozsáhlé. Celkově bylo nutno přesunout k opravě a vyčištění 53 magnetů (39 velkých dipólových a 14 krátkých sekcí). Jde asi o 700 m délky urychlovače. Na počátku prosince už bylo 28 magnetů (z toho 19 dipólových) přepraveno na povrch a první dva náhradní magnety byly v tunelu instalovány. Po svém transportu na povrch a důkladné kontrole jsou poškozené magnety rozděleny do tří kategorií podle typu a závažnosti poškození. V případě velmi lehkého poškození či znečištění stačilo vyměnit nebo vyčistit jejich trubky pro vedení svazku.V případě kontaminace kryostatu a mnohovrstevné izolace byly magnety důkladně opraveny - rozebrány kryostaty, vyčištěny a vyměněna mnohovrstevná tepelná izolace.V případě, kdy byly mechanicky poškozeny koncové části supravodivého vinutí se rekonstruovala celá jejich vnitřní část.

Ve všech případech byly magnety následně otestovány ochlazením na heliové teploty a provedením elektrických zkoušek v operačních podmínkách. Byla provedena podrobná prohlídka celého vakuového systém. Bylo třeba zjistit, do jaké míry je znečištěn sazemi vzniklými v elektrickém oblouků při nehodě a prachem produkovaným prohořelou izolací. Ukázalo se, že mimo už zmíněné magnety, které bylo nutno vyčistit a opravit, větší znečištění nenastalo. Distribuční rozvod přivádějící kapalné helium do kryogenního systému byl mechanicky poškozen na čtyřech místech. Tyto části už byly vyříznuty a odstraněny. 

Celkem bylo potřeba z poškozeného úseku vyjmout 53 magnetů. Šestnáct z nich bylo jen mírně poškozeno, takže byly opraveny a vráceny zpět. Zbylých 37 však bylo nutno vyměnit. V květnu 2009 své místo zaujal poslední z nich. Nyní následuje jejich propojování a instalace monitorovacích systémů. LHC dostane také nové tlakové ventily. Pokud by v budoucnu nastal podobný problém jako loni v září, helium by se díky nim mělo uvolnit bezpečně a kontrolovaně, takže náprava škod by měla být podstatně rychlejší.

Mezi klíčové úpravy, kterými součásti LHC procházejí, patří i modifikace systému QPS (Quench Protection systém). Ten se stará o to, aby byla rychle a bezpečně odsáta naakumulovaná magnetická energie v případě, že by se část supravodivého systému LHC mírně zahřála a přestala být supravodivou. S ohledem na zářijové události byl proto navržen nový systém QPS, který se v těchto dnech staví. Fyzici by jeho finální testy měli provést na konci léta.

Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN) s ohledem na další komplikace a průtahy oznámila, že urychlovač bude uveden do provozu až kolem podzimu. Ředitel organizace Rolf Heuer potvrdil, že v důsledku nutných testů a úprav se start systému posouvá na říjen 2009. 

 s využitím materiálů V. Wagnera

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.33 (3x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

RE: LHC je opraven a probíhá testování michall 13. 07. 2009 - 00:43
RE: LHC je opraven a probíhá testování fyzmatik 08. 08. 2009 - 21:36