歐洲大型強子對撞機修復方案即將確定

【資料簡介】

歐洲大型強子對撞機修復方案即將確定

 歐洲核子中心（CERN）的大型強子對撞機LHC （Large Hadron Collider）是目前世界上zui大的強子對撞機。它已于今年9月10日啟動，但9月19日對撞機運行時發(fā)生氦泄漏事故，被迫停止運作。日前有報道稱，修復方案已接近zui后確定。
 
    9月中旬的事故中，電子故障使得數(shù)噸液氦泄露，多達29塊超導磁體損壞，加速器圓周質(zhì)子束軌道污染，物理學家希望LHC修復后能在2009年5月或6月進行對撞。
 
    單純更換損壞的磁體是不夠的，科學家和工程師必須采取應對措施保證類似事故不再發(fā)生。事故與LHC采用的技術有關。對撞機用超過8特斯拉的磁場驅(qū)動質(zhì)子沿著27公里長的隧道快速運動。這需要強電流，因此物理學家采用了超導鈮-鈦線，這種導線像手指一樣粗，可承載數(shù)千安培電流，在1.9開爾文（零下271.3攝氏度）下沒有電阻。
 
    調(diào)查事故的物理學家把目光集中于一處不良電連接。在9月19日的電力測試中，2條連接起來的電纜在剛達到超導溫度閥值時，無法承受8700安培的電流，接合點融化，電流擊穿了機器的其他部分，在質(zhì)子束軌道和真空管道上穿了一個洞。6噸液氦從洞中泄露，對附近的磁體造成了進一步破壞。
 
    電流是如此強烈，大部分導線被蒸發(fā)了，以至于我們無法判斷到底發(fā)生了什么，Lucio Rossi說，“這就像謀殺，受害人已無法說話。” 不過大型強子對撞機項目主管Lyn Evans說物理學家和工程師確定，是不良連接導致了事故發(fā)生。強電流使得這個不良連接逐漸松開，結(jié)果使電阻上升直到zui后失去超導電性。
 
    Rossi說，防止此類問題重現(xiàn)的關鍵是及時發(fā)現(xiàn)問題。LHC中的巨大電流無法簡單地關掉，因為磁體中儲存的能量需要大約1分鐘才能經(jīng)熱盤管和旁路電路消散。為了能有足夠的關閉時間，他說，“我們得在剛有征兆時發(fā)現(xiàn)問題。”
 
    幸運的是，早期發(fā)現(xiàn)問題是有可能的。Rossi說，在10月24號的試驗基礎上，他有自信LHC操控者能夠察覺毫伏級別的變化——這種變化表明系統(tǒng)就要發(fā)生故障——足夠把機器電纜中數(shù)千安培的電流轉(zhuǎn)向。工程師也在尋找探測另一個警告信號——線纜周圍液氦溫度細微上升的可能性。
 
    美國費米國家加速器實驗室物理學家Jim Strait說，改進的檢測系統(tǒng)本身應該就足以預防類似事故再次發(fā)生，“我非常有自信，同樣的事故不會再次發(fā)生。”
 
    物理學家和工程師也希望能給機器中的液氦提供更多的安全出口，以減小將來故障可能造成的損失。在上次的事故中，液氦在事故發(fā)生幾分鐘內(nèi)蒸發(fā)并快速膨脹進入真空隧道，極大的壓力使得磁體離開了混凝土基座。本來設計用來防止壓力增高的安全閥被突然增高的壓力破壞也是事故的部分原因。
 
    研究人員表示，小組正計劃給機器安裝更多安全閥，也在嘗試是否能把鋼栓換成塑料的，這樣壓力增大時塑料栓就會失效從而給氦更多的泄露出口。
 
    Strait提醒說，“將來仍有可能出現(xiàn)未預測到的故障，但是對真空泄壓的改進將能夠限制連帶損害。”對機器及時進行必要的修復和改進，以便在2009年5月重新開始運轉(zhuǎn)將會是一個“大任務”，他說，不過，“歐洲核子中心（CERN）做過反對者曾經(jīng)說不能做的事情，而且成功完成了。”