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欧洲大型强子对撞机修复方案即将确定
2008-10-31 09:20   来源:科学网

【ICXO.com编者按】

 

  

  世界科技报道[tech.icxo.com/]:欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机LHC (Large Hadron Collider)是目前世界上最大的强子对撞机。它已于今年9月10日启动,但9月19日对撞机运行时发生氦泄漏事故,被迫停止运作。日前有报道称,修复方案已接近最后确定。

  9月中旬的事故中,电子故障使得数吨液氦泄露,多达29块超导磁体损坏,加速器圆周质子束轨道污染,物理学家希望LHC修复后能在2009年5月或6月进行首次对撞。

  单纯更换损坏的磁体是不够的,科学家和工程师必须采取应对措施保证类似事故不再发生。事故与LHC采用的最先进技术有关。对撞机用超过8特斯拉的磁场驱动质子沿着27公里长的隧道快速运动。这需要强电流,因此物理学家采用了超导铌-钛线,这种导线像手指一样粗,可承载数千安培电流,在1.9开尔文(零下 271.3摄氏度)下没有电阻。

  调查事故的物理学家把目光集中于一处不良电连接。在9月19日的电力测试中,2条连接起来的电缆在刚达到超导温度阀值时,无法承受8700安培的电流,接合点融化,电流击穿了机器的其他部分,在质子束轨道和真空管道上穿了一个洞。6吨液氦从洞中泄露,对附近的磁体造成了进一步破坏。

  电流是如此强烈,大部分导线被蒸发了,以至于我们无法判断到底发生了什么,Lucio Rossi说, “这就像谋杀,受害人已无法说话。” 不过大型强子对撞机项目主管Lyn Evans说物理学家和工程师确定,是不良连接导致了事故发生。强电流使得这个不良连接逐渐松开,结果使电阻上升直到最后失去超导电性。

  Rossi说,防止此类问题重现的关键是及时发现问题。LHC中的巨大电流无法简单地关掉,因为磁体中储存的能量需要大约1分钟才能经热盘管和旁路电路消散。为了能有足够的关闭时间,他说,“我们得在刚有征兆时发现问题。”

  幸运的是,早期发现问题是有可能的。Rossi说,在10月24号的试验基础上,他有自信LHC操控者能够察觉毫伏级别的变化——这种变化表明系统就要发生故障——足够把机器电缆中数千安培的电流转向。工程师也在寻找探测另一个警告信号——线缆周围液氦温度细微上升的可能性。

  美国费米国家加速器实验室物理学家Jim Strait说,改进的检测系统本身应该就足以预防类似事故再次发生,“我非常有自信,同样的事故不会再次发生。”

  物理学家和工程师也希望能给机器中的液氦提供更多的安全出口,以减小将来故障可能造成的损失。在上次的事故中,液氦在事故发生几分钟内蒸发并快速膨胀进入真空隧道,极大的压力使得磁体离开了混凝土基座。本来设计用来防止压力增高的安全阀被突然增高的压力破坏也是事故的部分原因。

  研究人员表示,小组正计划给机器安装更多安全阀,也在尝试是否能把钢栓换成塑料的,这样压力增大时塑料栓就会失效从而给氦更多的泄露出口。

  Strait提醒说,“将来仍有可能出现未预测到的故障,但是对真空泄压的改进将能够限制连带损害。”对机器及时进行必要的修复和改进,以便在2009 年5月重新开始运转将会是一个“大任务”,他说,不过,“欧洲核子中心(CERN)做过反对者曾经说不能做的事情,而且成功完成了。”

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