Hogyan vonat a mágnes készülék • Large Hadron Collider
zavar szupravezetés
A kísérletek hadron gyorsítókban fizikusok igyekeznek, hogy elérjék a lehető legnagyobb energia protonok. Minél magasabb az energia, a nehezebb részecskék lehet nyitni, a finomabb az új fizika lesz elérhető a megfigyelési és annál valószínűbb, hogy lesz ritka folyamatokat. Gyorsítására technológia, hogy eloszlassa a részecskék ultralarge energia - nem jelent problémát. A fő nehézség - tartani az ilyen részecskék pályáját belsejében gyorsuló gyűrűt. Felelős a dipólus mágnesek (ábra. 1), amely révén egy erős mágneses mező eltereli a vérrög részecskék repülő egy kis szögben. Sok ilyen mágnesek vannak téve az úton, és tartsa a részecskék pályáját.
Ábra. 1. A dipól mágnesek - kritikus alkatrészek az LHC és egyidejűleg az egyik legnehezebb gyártható és karbantartható. Emelni az energia a protonok közel a projekt értéke nagyot kampány mágnesek képzés. A fényképek a helyszínen web.cern.ch
A Large Hadron Collider mentén 27 kilométer hosszú gyorsító gyűrű állni 1232 dipól mágnes. Ők gyártották úgy, hogy lehűlés után a hőmérséklet a 1,9 K tartani a jelenlegi 12 kA, ezáltal mágneses indukció 8,3 Tesla területen, amely megfelel a protonok energiájú 7 TeV. ezek a mágnesek - szupravezető áram ezért kering a tekercsek csillapítás nélkül, és nincs energiaveszteség nem fordul elő. Azonban 12 kA - ez csak becsült aktuális értéke. Amikor a mágnesek jönnek a helyére, és tartalmazza a munka, kiderül, hogy ők ilyen erős áram nem tölthetnek be - van egy bontását szupravezetés (angolul terminológia - kioltó). Egy bizonyos ponton a fém tekercsek megy a szupravezető a normális állapot nem nulla ellenállás és nagy áram hatására élesen fűtött. Minden tárolt energia egy mágnes - amely 7 MJ - kész azonnal, a másodperc törtrésze alatt, hogy kitűnjön a hő formájában. Ha nincs külön védelmi rendszert, amely vészhelyzetben veszi az egész „power punch”, az elektromágnes egyszerűen összeomlott.
Hála a védelmi rendszer meghibásodása szupravezetés nem kritikus esemény, de mégis, ez kellemetlen, két okból. Először is, ez nem teszi lehetővé a technikusok, hogy emelje a becsült érték az aktuális, így az energia a proton. Ezért az első három ülés LHC proton energia csak fele volt a tervezés - 4 TeV ellen település 7 TeV. Kiderült, hogy néhány, a mágnesek egyszerűen nem hajlandó kell tartani a 12 kA.
Talán az energia protonok lehet emelni még egy kicsit, de aztán van egy másik probléma. A mágnes túl hosszú „felébred” után minden meghibásodása esetén szupravezetés. Ábra. 2 szemlélteti, hogy a lánc visszaáll meghibásodása mágnesek. A tesztek során a szektor 67 a jelenlegi körülbelül 11 kA kudarc volt több mágnest. Az összes energia esetén 23,5 MJ (elég ahhoz, hogy azonnal elpárologjon több kilogramm réz). Hála a védelmi rendszer mágnes hőmérséklet ugrott csak néhány tíz fok, mechanikai feszültség - akár több tíz atmoszféra. A mágneseket azután újra lehűtjük, és tele van szuperfolyadék hélium, de a folyamat zajlott 10:00!
Ábra. 2. Egy tipikus hasznosítási ciklus mágnes elvesztése után a szupravezetés. A tetején. mágnesek piros színnel van kiemelve, amelyben volt egy hiba; Állítsa valamint az aktuális és az összes energiát. Az alábbiakban. grafikus mágnesek hőmérséklet (Kelvinben) és mechanikai nyomás (az atmoszféra) az idő függvényében. A fényképek a helyszínen indico.cern.ch
Világossá válik, hogy még ha a szupravezetés hibák nem végzetes, kívánatos, hogy minimalizáljuk a számuk. Miután minden hiba működése során a gyorsító vezet sürgősségi mentesítés gerenda hűtés mágnesek, majd egy új ciklus képzési és felgyorsítja a fény, majd megújult összecsapások. Az eredmény az lesz elveszett az éjszakai munkaidő. Tehát, ha kudarcok fog bekövetkezni, amikor egy vagy több hétig, ez jelentősen csökkenti a működési idő a gázpedált. Tehát, a hatékony működés feltétele, hogy a mágnesek nem dolgozik a limit, és fenn tud tartani egy kicsit több áramot. mint amennyi a feladat elvégzéséhez szükséges, és akkor nem kell leragadni egy normális helyzetben.
Vonat mágnesek
Az a tény, hogy a szupravezető mágnes készült a várakozás egy bizonyos jelenleg, a valóságban ez nem tart - ez egy normális helyzet. De a gyártás után ezek a mágnesek lehet képezni, hogy azokat a jelenlegi legfeljebb a számított érték.
Az a tény, hogy a gyártásához mágnesek mindig keletkezik mikroszkopikus inhomogenitás az anyag, vagy kissé eltolhatja a huzal a tekercselés közben. Ezek az eltérések az ideális eredmény, hogy a mágneses mező belsejében nem homogén, hanem valahol valamivel több, valahol kevesebb. Sőt, a növekedés a jelenlegi a mágnes, amely erős mechanikai igénybevételnek, amely deformálja az anyagot kissé, és ez a deformációs energia lokálisan lehet kivenni a formájában a kis hőtermelés. Ennek eredményeként, néhány helyen a mágneses tér túllépheti a kritikus még akkor, amikor az áram a mágnes messze van a számított érték. Ezen a ponton, és ott jön a bontást szupravezetés.
Vonat mágnes - egy ügyes folyosón néhány jelenlegi növekedése ciklusban bontását szupravezetés. A tapasztalat azt mutatja, hogy miután minden kudarc a mágnes kissé „korrigált”, és a következő ciklusban, hogy tudja tartani egy kicsit több áramot fogyaszt, mint korábban. A mikroszkópos mechanizmusa ez az eljárás nem teljesen vizsgálták, de általánosságban minden egyes ciklus során, az anyag kissé elmozdult a mágnes belsejébe, a stressz zónák felszívódik, hogy optimalizálja a mágneses mező. Egy tipikus példa a fejlődése a mágnesek ábrán látható. 3 Példa 6-7 szektorban. 20 ciklusban, és törőteher maximális áram nőtt körülbelül 10% és 11 kA megcélzott megfelelő 6,5 TeV gerendák.
Ábra. 3. Vonat a szektor mágnesek június 7 LHC (az ábrán a piros körök). 20 ciklus után és törőteher szupravezető mágnesek folyamatosan acél 11 kA, és az egész ágazat jelenleg tanúsított dolgozni 6,5 TeV gerendák. A fényképek a helyszínen twitter.com/cern