Csak 2009 tavaszán indul újra az LHC

Szeptember 19-én, pénteken déli fél tizenkettő előtt három perccel héliumszivárgást jeleztek a műszerek a genfi részecskefizikai kutatóközpont, a CERN hatalmas új részecskegyorsítója, a nagy hadronütköztető (LHC) alagútjában. A vizsgálatok azóta feltárták a szivárgáshoz vezető folyamatokat, megkezdték a hibaelhárítás, a helyreállítás tervezését. A CERN legutóbb kiadott közleménye szerint csak 2009-ben indulhat újra a gyorsító.

A közel egy évtizedig épült LHC a világ legnagyobb energiájú gyorsítója, ahol két, egyenként 7 teraelektronvoltos protonnyaláb ütközése nyitja majd meg a természet számunkra eddig ismeretlen tartományát a kísérletező fizikusok előtt. A 27 kilométeres alagútban temérdek, a világon egyedülálló csúcstechnológiai berendezés működik. Idén nyáron sikeresen megindultak a rendszer próbái. Először az előgyorsító rendszert üzemelték be, majd szeptember 10-én sikeresen körbevezették a protonnyalábokat mindkét gyűrűben. Nagy volt az öröm, mindenki készült a következő fontos próbára, a két szembefutó protonnyaláb ütköztetésére. Erre most várni kell néhány hónapot.

A részecskenyalábot erős mágnesek tartják a 27 kilométer kerületű közel körpályán. A hatalmas részecskeenergia rendkívül erős mágneseket igényel: 9300 mágnessel alakítják ki a pályát. Az LHC építésénél ezeknek a mágneseknek a megépítése jelentette a legnagyobb műszaki kihívást. A mostani üzemzavarhoz, a héliumszivárgáshoz vezető folyamat két, a protonnyalábokat fókuszáló kvadrupólmágnes között kezdődött.

Az LHC-ban szupravezető mágnesekkel hozzák létre a 8,3-8,4 tesla erősségű mágneses teret, hagyományos megoldásokkal nem lehet ekkora térerősséget megvalósítani. A szupravezető állapot előállítása önmagában csúcstechnológiai feladat, a CERN-ben pedig attól válik még nehezebbé a feladat, hogy a szupravezetést hatalmas méretekben kell megvalósítani.

A mágnesekben nióbium-titán ötvözetből készített kábeleket használnak, ez az anyag az abszolút nulla fok fölött 10 fokkal, 10 kelvinen válik szupravezetővé, vagyis itt már ellenállás nélkül vezeti az áramot. A mágneseket szuperfolyékony héliummal hűtik le, nagyon lassan, fokozatosan 1,8 kelvinre (mínusz 271,4 °C ), a világűr hőmérséklete ennél magasabb, 2,7 K. A rendszerben 96 tonna hélium van, ennek 60%-a a mágnesekben, 40% pedig az elosztó és a hűtőrendszerben.

A szupravezető rendszert tehát lassan hűtik, és ha nincs rá szükség, akkor nagyon lassan melegítik is fel. A műszaki hibát most az okozta, hogy a hűtőfolyadék nem lassan, hanem rendkívül hirtelen melegedett fel. A mérnökök az LHC egyik szektorában, az ALICE és a CMS detektorok közti szakaszon 8000 amperes áramot tápláltak a dipólmágnesekbe. (Rendes üzemben majd 11 700 amper folyik a mágnesekben!) Két mágnes között egy csatlakozásnál zárlatos lett a kábel, a kábelek megolvadtak, a hőmérséklet megemelkedett a mágnesben, és hirtelen megszűnt a szupravezető állapot. (Hasonló kábelcsatlakozások tízezrével vannak a rendszerben, nagy részük már túl van a sikeres próbákon.) A hiba tovább terjedt, és nemcsak a két közvetlenül érintett mágnes melegedett fel, hanem még legalább 200 darab (korábban százról számoltak be), amelyekben a hőmérsékletemelkedés elérhette a 100 fokot. Jelentős mennyiségű, körülbelül 1 tonnára tehető hélium szökött ki az alagútba, és valószínűleg részben megszűnhetett a gyorsítócsőbeli vákuum is. A hélium nem tűzveszélyes, csak az okozhatott volna gondot, ha kiszorítja a levegőt (oxigént), de a CERN szigorú biztonsági szabályainak megfelelően a próba alatt senki sem tartózkodott az alagútban.

A sérült mágneseket tartalmazó szektort most szobahőmérsékletre kell felmelegíteni, ami 3-4 hetet vehet igénybe. Csak ezután lehet a mágneseket felnyitni, és elvégezni a részletes hibaelemezést. A javításhoz szükséges időt is figyelembe véve az LHC újraindítását a téli rendes karbantartási időszak utánra, 2009 kora tavaszára tervezik.

Fel kell melegíteni és szét kell szerelni a sérült részeket

Egy ennyire összetett, részben vadonatúj csúcstechnológiai megoldásokat alkalmazó hatalmas rendszer beüzemelésénél törvényszerűen számolni kell kisebb-nagyobb problémákkal, hibákkal. A mostani hiba kijavítása a szupravezetés miatt időigényes. A fizikusok azonban közben is tudnak tovább dolgozni a detektorrendszerek kipróbálásán, beszabályozásán, a számítástechnika beüzemelésén. Néhány hónapot késnek az izgalmasnak ígérkező fizikai kísérletek. A Higgs-bozon megtalálására, vagy az ősrobbanáshoz közeli pillanatok megismerésére azonban sok éve készülnek a fizikusok, és a kéthónapos kényszerszünet csak fokozza a várakozásokat.

* * *

Korábbi beszámolónk

A CERN hivatalos közleménye szerint a nagy hadronütköztető (LHC) gyorsítógyűrűjének egyik szektorában baleset következett be szeptember 19-én (pénteken). Az esemény következtében a mágnesek hűtését biztosító hélium távozott az alagútba, körülbelül egytonnányi mennyiségben. Emiatt körülbelül 100 darab mágnes melegedett fel a szektorban, körülbelül 100 fokkal, és megszűnt a vákuumközeli állapot is a rendszer ezen területén.

Az előzetes felmérés alapján a hiba legvalószínűbb oka az volt, hogy meghibásodott az elektromos összeköttetés két szomszédos mágnes között: valószínűleg megolvadt a nagyobb áramerősség miatt, amit már a protonnyaláb gyorsításának előkészítéséhez vezettek a rendszerbe.

A hivatalos közlemény szerint az esetnél senki sem sérült meg.

A károk pontos felmérése folyamatban van, de annyi már most sejthető, hogy a kísérletek megkezdése emiatt körülbelül kéthónapos késést szenved. A sérült szektort ugyanis fel kell melegíteni a javításhoz, majd újra le kell hűteni az abszolút nulla fok közelébe, ami legalább ennyi időt vesz igénybe.