Коллайдер 2.0
Благодаря модернизации Большого адронного коллайдера энергия столкновений удвоится. Это сделано для того, чтобы провести эксперименты, приближающие нас к окончательному подтверждению существования характерного бозона, благодаря которому в свою очередь существует что-то вроде массы.
За это время, когда БАК не работал, его добавили в установку новые электромагнитыа старые были проверены и отремонтированы. Большинство запланированных улучшений были выполнены в срок. Затем началось охлаждение элементов конструкции до уровня, позволяющего реализовать явление сверхпроводимости.
Вышеупомянутые электромагниты длиной 15 м и весом 35 тонн поддерживаются огромными фермами, прикрепленными к бетонным элементам конструкции тоннеля. Еще до разрыва, после поломки в сентябре 2008 г., БАК был оборудован специальной системой датчики и схема безопасности для обнаружения малейших скачков напряжения в сети. В ходе последней реконструкции заменено или усилено более 10 250 вагонов. цепей, соединяющих электромагниты друг с другом, что для бригады из XNUMX человек заняло год работы.
С июня 2014 года идет процесс охлаждения магнитов для начала работы. температура 1,9 Кельвина путем закачки жидкого гелия в систему. При этой температуре достигается сверхпроводимость. Для успешного проведения операции охлаждения специалисты разделили пространство БАК на восемь секций. Температуру можно понизить независимо в каждом из них. Для охлаждения каждой из этих отдельных частей требуется около двух месяцев. Затем их проводят электрические испытания в условиях высоких энергий. При достижении энергии пучка 6,5 ТэВ отмечаются самопроизвольные перебои в работе электромагнитов. Они также могут терять сверхпроводящие свойства. Однако специалисты БАК не определяют такие аварии как аварии. Системе просто нужно пройти несколько пробных циклов и тестов, чтобы работать без сбоев.
Он присутствует на LHC большое разнообразие магнитов — диполи, квадруполи, секступоли, октуполи, декаполи и т. д., что дает общее количество около 10 тысяч. Каждый из электромагнитов способствует оптимизации траектории частицы. Большая часть корректирующих магнитов встроена в охлаждаемую часть основных диполей и квадруполей.
Магниты LHC имеют либо двойную щель (например, основные диполи), либо одну щель (некоторые из входных квадруполей). Входной квадруполь это специальные магниты, используемые для фокусировки луча до минимально возможного размера в точках столкновения, что максимально увеличивает вероятность лобового столкновения двух противоположных протонов. Самые большие магниты — это диполи.из них 1232.
Именно диполи составили важнейшую технологическую задачу при проектировании БАК. В ускорителе протонов, таком как LHC, максимальная энергия, которая может быть достигнута, прямо пропорциональна напряженности магнитного поля диполя в данной цепи ускорителя. Сверхпроводящие электромагниты в БАК могут создавать сильное магнитное поле силой 8,3 Тл по всей своей длине.
В диполях БАК используются ниобий-титановые (NbTi) кабели, которые становятся сверхпроводящими при температуре ниже 10 К (-263,2°С), т.е. проводят электричество без сопротивления. На самом деле БАК будет работать при температуре даже ниже космической (2,7 К или -270,5°С). В диполях протекает ток силой 11 700 ампер, который создает сильное магнитное поле в 8,3 Тл, необходимое для отклонения пучка в 7 ТэВ вокруг 27-километрового кольца БАК. Если бы магниты работали при температуре 4,5 К (-268,7°С), то они создавали бы магнитное поле всего 6,8 Тл. Максимальная сила тока в среднем доме составляет примерно 100 А.
Магнитные катушки БАК намотаны из кабеля, состоящего из 36 скрученных 15-миллиметровых жил, каждая из которых состоит из 6000-9000 отдельных волокон диаметром 7 микрометров (для сравнения, толщина человеческого волоса составляет около 50 микрометров). Для 27-километровой цепи LHC требуется около 7600 270 км кабеля, что эквивалентно примерно XNUMX XNUMX км. км жил.
БАК самая большая система охлаждения в мире и одно из самых холодных мест на Земле. Такая низкая температура нужна для работы магнитов, удерживающих протоны на пути. Чтобы постоянно поддерживать на 27-километровом кольце (4700 тонн материала в каждом секторе) температуру избыточного гелия 1,9 К (-271,3 °C), система охлаждения БАК должна обеспечивать общую холодопроизводительность около 150 киловатт для холодильников. при 4,5 , 20 К и 1,9 киловатт для тех, у кого температура 4,5 К. Система охлаждения базируется на пяти «криогенных островах», каждый из которых должен распределять теплоноситель и транспортировать киловатты охлаждающей мощности на большие расстояния. Процесс охлаждения происходит в три этапа: охлаждение до температуры 268,7 К (-1,9 °С), заполнение охлаждаемой массы магнитов жидким гелием и, наконец, охлаждение до температуры 271,3 К (-XNUMX °С). .
Первый этап проходит в два этапа: сначала гелий охлаждается до 80 К в теплообменниках холодильника, используя 10 тыс. тонн жидкого азота. Охлаждающие турбины затем снижают температуру гелия до 4,5 К (-268,7°С), готовясь к его введению в охлаждаемую массу магнитов. Как только магниты заполнены, охлаждающие устройства снижают температуру до 1,9 К (-271,3 °С). Общее количество необходимого гелия составит около 120 тонн, из которых 90 тонн будут использованы в магнитах, а остальное — в трубах и охлаждающих устройствах. Жидкий азот никогда не впрыскивается напрямую в БАК, чтобы избежать любой возможной причины «удушья» в подземном туннеле.
Для поддержания рабочей температуры магнитов на уровне 1,9 К всей системе охлаждения потребуется около 40 тыс. герметичные соединения труб и 120 тонн гелия для всего БАК. При нормальной работе большая часть гелия будет циркулировать в контурах охлаждения с замкнутым контуром.
Выбор рабочей температуры LHC обязателен. Применение гелий с «супер» свойствамии сверхпроводящий ниобий-титановый сплав в катушках магнитов. При атмосферном давлении газообразный гелий конденсируется при температуре около 4,2 К (-269,0 °С), но при дальнейшем охлаждении претерпевает второй фазовый переход в сверхтекучее состояние при температуре около 2,17 К (-271,0 °С). ). Среди многих важных свойств жидкий гелий имеет очень высокую теплопроводностьпоэтому он был выбран в качестве охлаждающего и стабилизирующего агента для больших сверхпроводящих систем.
мы приглашаем вас прочитать предмет номера на складе .
