Az alagútból jelentjük: szerelik a nagy hadronütköztetőt

Több száz meghívott ünnepelte a világ legnagyobb részecskegyorsítóját a keddi hivatalos megnyitón az európai részecskefizikai kutatóintézetben, a CERN-ben. Odalent a mélyben azonban nem volt se hangverseny, se beszédek, se molekuláris büfé. Csendben zajlik a megfeszített munka, hogy minél előbb kicserélhessék az egy hónapja történt balesetben megsérült részeket, és újraindíthassák a rendszert. Az előre nem tervezett leállás miatt sikerült bejutnunk a nagy hadronütköztető alagútjába - képes beszámolónk után részletes leírást olvashat a meghibásodásról és következményeiről.

Jéki László

A meghibásodás és a javítás technikai részletei

2008. szeptember 19-én a fő dipólmágnes-kör próbája során az LHC 3-4-es szektorában egy dipól- és egy kvadrupólmágnes között az elektromos összeköttetésben hiba lépett fel, ez mechanikai sérülésekhez vezetett és a hűtött mágnesekből hélium szabadult ki. A hiba megtörténte után a mágneseket hagyták szobahőmérsékletre felmelegedni, ezután kezdődhetett meg az alapos helyszíni szemle, a vizsgálatok sora. A vizsgálatok még nem zárultak le, október 16-án az eddigi megállapításokat tették közzé. Ezek ismertetése előtt a könnyebb érthetőség kedvéért bemutatjuk az LHC érintett részeinek felépítését.

A gyorsítókomplexum felépítése

A 27 kilométer kerületű gyorsítókomplexumot szektorokra osztották, egy szektor 3,3 km hosszú. Egy szektoron belül 107 méter hosszú elemi cellák ismétlődnek az ív mentén. Minden cellában van egy vízszintesen fókuszáló kvadrupólmágnes, három dipólmágnes, majd egy függőlegesen fókuszáló kvadrupól és három újabb dipól. A mágneseket héliummal hűtik, normál üzemben a szuperfolyékony hélium 1,9 kelvin hőmérsékletet biztosít, a nyomás 0,13 megapascal. A lehűtött mágneseket "hideg tömegnek" nevezik. A szomszédos hideg tömegek elektromos és hidraulikus kapcsolatban állnak egymással. Az elemi cellához az egyik kvadrupólmágnesnél csatlakozik a hűtőrendszer. Két egymás melletti cella képez egy vákuum-alszektort, ezeknek közös a vákuumszigetelő rendszere. A szomszédos alszektorok vákuumrendszerét "vákuumkorlátok" választják el egymástól.

Szeptember 10-ét, az első részecskenyaláb körbevezetését megelőzően a fő dipólmágnes-körben próbát végeztek az 5,5 teraelektronvoltra gyorsított részecskék körpályán tartásához szükséges mágneses térerősség létrehozására, ehhez 9,3 kiloamper áramerősség szükséges. A mostani üzemzavarban érintett rész, a 3-4-es szektor dipólköre készült el utolsónak, és ebben szeptember 10-e előtt csak maximum 7 kiloamper áramerősséget adtak a mágnesekre.

Kilyukadt a rendszer

Szeptember 19-én fokozatosan növelték az áramot a fő dipólkörben 10 amper/másodperc ütemben. 8,7 kiloamper áramerősségnél egy ellenálló zóna alakult ki egy másodpercnél rövidebb idő alatt. Az áramforrás nem tudta fenntartani az áram további növelését, ezért lassú kisütési üzemmódban, 0,46 másodperc alatt kikapcsolt. Ellenállásokat iktatott be az áramkörbe, hogy ezzel biztosítsa az áram gyors lecsökkenését. A folyamatban érintett részegységek a várakozásnak megfelelően reagáltak.

Egy másodpercen belül elektromos ív alakult ki, emiatt kilyukadt a héliumrendszer, a hélium átkerült a hűtőrendszer vákuumszigetelésébe. 3-4 másodperc elteltével mindkét gyorsítócsőben, ahol majd a részecskenyalábok mozognak, szintén leromlott a vákuum. Ezt követően a szigetelő vákuum a két szomszédos alszektorban is romlani kezdett.

A mágnesek hűtésének vákuumszigetelésében az oda beszivárgott hélium miatt megnőtt a nyomás, és amikor az meghaladta a légköri nyomást, akkor kinyitott egy szelep, és kiengedte a héliumot az alagútba. A három érintett alszektorból mintegy 2 tonna hélium került ki. A héliumfelhő oxigénhiányt idézett elő, ezért az alagút falán lévő riasztó érzékelők vészmegállást indítottak el. Megszüntették a 3-4-es szektor elektromos energiaellátását és az egyéb szolgáltatásokat. A hélium lassabb ütemben tovább szivárgott a lyukakon, és mire az elektromos áram visszakapcsolásával lehetővé vált a hűtőrendszer szelepeinek zárása, további 4 tonna hélium veszett el. A szektor eredetileg 15 tonna héliumából így 6 tonna került ki az alagútba. Ennek ellenére sem tudták fenntartani a megkívánt 0,15 megapascal nyomást az alszektorban, ezért nagy erő hatott a szomszédos alszektoroktól elválasztó vákuumkorlátokra.

Az eddig megállapított károk

A helyszíni vizsgálat során felnyitották az alszektorokat. Megtalálták az elektromos ív helyét és megállapították, hogy a szomszédos összeköttetésekben sem elektromos, sem mechanikai kár nem keletkezett. A gyorsítócsövekben koromszerű porlerakódást észleltek. A hűtőrendszer többrétegű szigetelése is megsérült. A kvadrupólmágnesekhez csatlakozó vákuumkorlátokra olyan nagy erő hatott, hogy azok kiszakadtak az alagút betonjához való rögzítésükből és elmozdultak eredeti helyükről, kárt okozva a dipól-hidegtömegekben.

A három érintett alszektorban maximum 5 kvadrupól- és 24 dipólmágnes szorul javításra, a pontos felméréshez további vizsgálatokat végeznek majd. Lehet, hogy még több mágnest kell kiemelni az alagútból tisztítás és a többrétegű szigetelés kicserélése érdekében. Tartalék mágnesek és tartalék alkatrészek vannak megfelelő mennyiségben, a szükséges cseréket el tudják végezni. A gyorsítócsövek szennyezettségének mértékét is tovább vizsgálják, de lehetségesnek tartják a helyszíni tisztítást, hogy csak minimális számú mágnest kelljen elmozdítani. A leszerelés és csere terveit összehangolják a téli nagy leállásra tervezett karbantartási munkákkal.

A vizsgálatok befejezése után ajánlásokat fogalmaznak meg annak érdekében, hogy hasonló üzemzavar ne fordulhasson elő a jövőben, illetve csökkenjenek a káros következmények, ha mégis bekövetkezne hasonló eset. Ma még nem tudni, valójában miért lépett fel ellenállás az elektromos összeköttetésben, de hasonló esetet a többi szektor próbáinál, sok ezer összeköttetésnél sehol sem tapasztaltak. Azt azonban már eldöntötték, hogy több változtatást hajtanak végre, mielőtt újra nagy áramot bocsátanak a rendszerbe. Továbbfejlesztik a korai riasztórendszert, a nyomáscsökkentő eszközöket, a kvadrupól-hűtőrendszer és a vákuumkorlátok külső rögzítését.

Az LHC műszaki paraméterei egyedülállóak, a szupravezető mágnesek hatalmas energiát tárolnak. Ezért a rendszer üzemeltetése mindig bizonyos technikai kockázattal jár. A szakértők meg vannak győződve arról, hogy a folyamatban lévő javítások elvégzése és a megvalósítandó továbbfejlesztett védelmi rendszer kellő biztonságot nyújt majd a jövőben.

Robert Aymar, a CERN főigazgatója kijelentette: "Ezt az eseményt nem lehetett előre látni, de most biztos vagyok abban, hogy el tudjuk végezni a szükséges javításokat, biztosítani tudjuk, hogy hasonló hiba nem jelentkezhet a jövőben, és tovább tudunk lépni kutatási céljaink elérése felé."