歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)修復(fù)方案即將確定
歐洲核子中心(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC (Large Hadron Collider)是目前世界上zui大的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。它已于今年9月0日啟動(dòng),但9月9日對(duì)撞機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生氦泄漏事故,被迫停止運(yùn)作。日前有報(bào)道稱,修復(fù)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(dá)29塊超導(dǎo)磁體損壞,加速器圓周質(zhì)子束軌道污染,物理學(xué)家希望LHC修復(fù)后能在2009年5月或6月進(jìn)行對(duì)撞。
單純更換損壞的磁體是不夠的,科學(xué)家和工程師必須采取應(yīng)對(duì)措施保證類似事故不再發(fā)生。事故與LHC采用的技術(shù)有關(guān)。對(duì)撞機(jī)用超過(guò)8特斯拉的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)質(zhì)子沿著27公里長(zhǎng)的隧道快速運(yùn)動(dòng)。這需要強(qiáng)電流,因此物理學(xué)家采用了超導(dǎo)鈮-鈦線,這種導(dǎo)線像手指一樣粗,可承載數(shù)千安培電流,在.9開(kāi)爾文(零下27.3攝氏度)下沒(méi)有電阻。
調(diào)查事故的物理學(xué)家把目光集中于一處不良電連接。在9月9日的電力測(cè)試中,2條連接起來(lái)的電纜在剛達(dá)到超導(dǎo)溫度閥值時(shí),無(wú)法承受8700安培的電流,接合點(diǎn)融化,電流擊穿了機(jī)器的其他部分,在質(zhì)子束軌道和真空管道上穿了一個(gè)洞。6噸液氦從洞中泄露,對(duì)附近的磁體造成了進(jìn)一步破壞。
電流是如此強(qiáng)烈,大部分導(dǎo)線被蒸發(fā)了,以至于我們無(wú)法判斷到底發(fā)生了什么,Lucio Rossi說(shuō),“這就像謀殺,受害人已無(wú)法說(shuō)話。” 不過(guò)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目主管Lyn Evans說(shuō)物理學(xué)家和工程師確定,是不良連接導(dǎo)致了事故發(fā)生。強(qiáng)電流使得這個(gè)不良連接逐漸松開(kāi),結(jié)果使電阻上升直到zui后失去超導(dǎo)電性。
Rossi說(shuō),防止此類問(wèn)題重現(xiàn)的關(guān)鍵是及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。LHC中的巨大電流無(wú)法簡(jiǎn)單地關(guān)掉,因?yàn)榇朋w中儲(chǔ)存的能量需要大約分鐘才能經(jīng)熱盤管和旁路電路消散。為了能有足夠的關(guān)閉時(shí)間,他說(shuō),“我們得在剛有征兆時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。”
幸運(yùn)的是,早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是有可能的。Rossi說(shuō),在0月24號(hào)的試驗(yàn)基礎(chǔ)上,他有自信LHC操控者能夠察覺(jué)毫伏級(jí)別的變化——這種變化表明系統(tǒng)就要發(fā)生故障——足夠把機(jī)器電纜中數(shù)千安培的電流轉(zhuǎn)向。工程師也在尋找探測(cè)另一個(gè)警告信號(hào)——線纜周圍液氦溫度細(xì)微上升的可能性。
美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家Jim Strait說(shuō),改進(jìn)的檢測(cè)系統(tǒng)本身應(yīng)該就足以預(yù)防類似事故再次發(fā)生,“我非常有自信,同樣的事故不會(huì)再次發(fā)生。”
物理學(xué)家和工程師也希望能給機(jī)器中的液氦提供更多的安全出口,以減小將來(lái)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(jìn)入真空隧道,的壓力使得磁體離開(kāi)了混凝土基座。本來(lái)設(shè)計(jì)用來(lái)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(jì)劃給機(jī)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(shí)塑料栓就會(huì)失效從而給氦更多的泄露出口。
Strait提醒說(shuō),“將來(lái)仍有可能出現(xiàn)到的故障,但是對(duì)真空泄壓的改進(jìn)將能夠限制連帶損害。”對(duì)機(jī)器及時(shí)進(jìn)行必要的修復(fù)和改進(jìn),以便在2009年5月重新開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)將會(huì)是一個(gè)“大任務(wù)”,他說(shuō),不過(guò),“歐洲核子中心(CERN)做過(guò)反對(duì)者曾經(jīng)說(shuō)不能做的事情,而且成功完成了。”