Anul trecut, dupa ce am revenit acasa din Alaska, [vezi ciclul "Et in Arcadia Ego!"] mi-am pus urmatoarea intrebare: "Cat costa o lipitura rece?" Ca sa aflu raspunsul, am programat o vizita la CERN.

Primele informatii se gasesc la Wikipedia: www.en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider iar programarea vizitei se face aici la pagina "Booking form".

Am obtinut o programare pentru 31 iulie 2009. [Click aici pentru acceptul CERN pentru vizita]. Centrul European pentru Cercetari Nucleare are sediul la Geneva in Elvetia si este amplasat aproape de aeroport. O istorie a CERN in prezentare Microsoft Power Point se poate vedea aici.

Asadar in 31 iulie 2009 dimineata am ajuns la Geneva, am vizitat asemenea tuturor turistilor in trecere prin Geneva, Catedrala Sf. Petru, am fotografiat de sus arteziana, si la prinz, am ajuns la CERN. Am urmat programul anuntat.

Fig. 01 Amplasament

Fig. 02 Vazut mai de aproape

Fig. 03 Am ajuns la CERN

Fig. 04 In sala, numai ochi si urechi

Fig. 05 CERN

Fig.06 Bine ati venit

Prezentarea a urmarit sa ne familiarizeze cu ceea ce urma sa vedem in continuare. CERN este un laborator care s-a dezvoltat in timp, o cercetare determinind-o pe urmatoarea. Lista acceleratoarelor de particole care au functionat inainte este urmatoarea [preluare din Wikipedia]

• The original linear accelerator (Linac1).
• The 600 MeV Synchrocyclotron (SC) which started operation in 1957 and was shut down in 1991.
• The Intersecting Storage Rings (ISR), an early collider built from 1966 to 1971 and operated until 1984.
• The Large Electron-Positron Collider (LEP), which operated from 1989 to 2000 and was the largest machine of its kind, housed in a 27 km-long circular tunnel which now houses the Large Hadron Collider.
• The Low Energy Antiproton Ring (LEAR), commissioned in 1982, which assembled the first pieces of true antimatter, in 1995, consisting of nine atoms of antihydrogen. It was closed in 1996, and superseded by the Antiproton Decelerator.

Cel mai puternic accelerator de protoni din lume, denumit pe scurt LHC , accelereaza fluxul de protoni inainte de ciocnire pina la o viteza de 299.780.455 m/sec !!!, adica 99.9999991% din viteza luminii in vid, utilizind 47 kW radiofrecventa in cavitati de rezonanta pe 342 MHz [ acesta va fi subiectul unui alt articol]. Protonii ajung la o energie de 7 TeV. Se genereaza doua fascicule de protoni care se deplaseaza in accelerator in sensuri contrare, si la momentul ciocnirii frontale proton - proton energia disponibila simularii momentului T = 0 a genezei universului, este de 14 TeV. Daca se vor pune in evidenta particulele Higgs, experimentul isi va fi atins scopul confirmind teoria prin care se demonstreaza ca inainte de momentul T=0 n-a existat substanta . [Cine poate spune cit este matematica, cit este fizica si cit este filozofie !?]

Mai multe amanunte despre CERN si impactul sau asupra mediului se pot citi aici: http://cdsweb.cern.ch/record/1165534/files/CERN-Brochure-2009-003-Eng.pdf , http://cernenviro.web.cern.ch/cernenviro/docenviro_img/4aspect/_images_aspect/image_et_pdf_etude_impact/etude_impact.pdf

Din prezentarea facuta noua la CERN, am retinut ca cele trei probleme critice din LHC sunt:

• Vidul,
• Magnetii si
• Cavitatile rezonante.

Despre vid, o singura precizare: in cele doua conducte prin care sint dirijate cele doua fascicole de protoni, presiunea interioara este de 10^-13 atmosfere !!!

Despre magneti acum retin numai faptul ca:
In total sint 9593 de electromagneti din care dipoli sint 1232 bucati
Un dipol are 15m lungime si cintareste 27 tone.
Amanuntele, impartite in trei parti, despre superconductorii si supermagnetii din LHC sint de vazut aici:

LHC Superconducting Magnets 1
LHC Superconducting Magnets 2
LHC Superconducting Magnets 3

Despre cavitatile rezonante retin doar ca sint 8 pe fiecare fascicul de protoni, ca lucreaza la 4,7 Kelvin si ca fiecare bloc de patru este alimentat cu 47kW la 342MHz. Mai mult despre cavitati rezonante in regim superconductor in alt articol.

Si inapoi la supermagneti.

Infasurarile sint executate dintr-un aliaj de Niobiu - Titan care la temperatura de lucru de 1,7 Kelvin este superconductor. Conductorul electric, in forma de banda lata de 15mm si groasa de cca 1,5mm, este compus din 36 de "cabluri" superconductoare avind fiecare diametrul exterior de 0,7mm fiind alcatuit la rindul sau dintr-o camasa exterioara de cupru si inima din 9000 de fire de 7 microni diametru din aliaj Nb-Ti. Electromagnetii sint legati in serie iar curentul de magnetizare este de 12000 A.

Fig. 07 Cablul superconductor

Fig. 08 Sectiune prin electromagnet

Fig. 09 Magnet in faza de asamblare

Fig. 10 Banda superconductoare

Fig. 11 Testarea inainte de montaj

Fig. 12 Zona dintre doi magneti

In total sint aproximativ 20.000 de imbinari electrice sudate pe cablul superconductor din care sint executati electromagnetii. Sudurile, de fapt lipire tare cu argint si cositor, se executa cu plasma in mediu de gaz protector. [cositorul devine si el superconductor la 3.72 K]

Fig. 13 Imbinarea intre doua infasurari superconductoare [detaliu din Fig. 12]

O astfel de imbinare are in functiune la temperatura de lucru de 1,7 K o rezistenta egala cu:

r = 0,000000001 Ω

Pentru a realiza aceasta rezistenta, fiecare capat de infasurare, la iesirea din blocul electromagnet se prelucreaza ca in Fig. 14. se fasoneaza la locul de montaj, se sudeaza in argon cu argint si cositor si in final arata ca in Fig. 15

Fig. 14 Terminal de electromagnet pregatit pentru imbinare

Fig. 15 Imbinare terminata

Cu toate masurile de procedurare a operatiilor de asamblare [lucru in sistem AQ] si cu toate masuratorile efectuate inainte de punerea in functiune [care a avut loc la 10 septembrie 2008] una din cele douazeci de mii de imbinari a fost o "lipitura rece".

Ce s-a intimplat la 19 septembrie 2008 ? A explodat o bomba !!!

Dupa punerea in functiune a acceleratorului in ziua de 10 septembrie 2008 sarcina a fost crescuta treptat. La 19 septembrie, la un regim aproape de cel nominal, la un curent de magnetizare de aproape 12000A, "lipitura rece" a degajat o cantitate de caldura mai mare decit cea care putea fi eliminata prin circulatia Heliul suprafluid in sistem, procesul s-a dezvoltat in avalansa, "lipitura rece" s-a topit, s-a produs un arc electric care a provocat vaporizarea locala a heliului. Acest fapt a fost echivalent cu detonarea unei bombe in interiorul acceleratorului. Rezultatul a fost dislocarea de pe fundatii a 53 de electromagneti cu avarierea grava a 22 dintre ei. Cauza, o "Lipitura rece" care avea rezistenta in timpul functionarii de numai 0,0000002 Ω, adica de 200 de ori mai mare decit acel infinit mic cit ar fi trebuit sa fie.

Reparatia propriuzisa a costat 21 milioane USD si a intirziat lucrarile cu un an.

Rapoartele CERN despre avarie si comunicatul la terminarea lucrarilor de reparatie pot fi citite aici:

LHC Report March 09: Why did the LHC break down
LHC News July 7, 2009 - LHC damage repaired

In final, la plecare, am cumparat ca amintire, un breloc cu insemnele CERN, care contine o bucatica de banda superconductoare utilizata la confectionarea electromagnetilor acceleratorului de hadroni de la CERN, din Geneva, Elvetia.

Fig. 16 Brelocul Superconductor

Fig. 17 Certificatul de autenticitate

Alte fotografii facute la CERN