CERN - restart kolotoče

Zpráva

sis2 · #1 Příspěvek od **sis2** » 30 bře 2015, 15:50

V květnu 2013, krátce po odstávce LHC, jsem měl to potěšení navštívit podzemí urychlovače, zejména pak sekci RF department s klystronovou farmou - dávala 8 MW na 400 MHz a tímto výkonem na dutinových rezonátorech urychlovala obíhající shluky částic... Odstávka a modernizace byla plánovaná na rok a půl. Ale dosud se "kolotoč" znovu neroztočil - viz http://zpravy.e15.cz/zahranicni/udalost ... ta-1175930
Poslední termín byl zhruba půlka března, ale zatím to pokazil (ne)obyčejný šlus v jednom supravodivém magnetu...

Jimmi2 · #2 Příspěvek od **Jimmi2** » 30 bře 2015, 16:11

Nezbývá než závidět 8-)

jiriS · #3 Příspěvek od **jiriS** » 30 bře 2015, 19:22

Jo, taky bych se rád kouknul...
Před lety jsem měl alespoň na kouknutí polovodičový snímač elementárních částic (už si nepamatuju, kterých), skleněná destička cca 15 x 8 cm, několik desítek tisíc diod, a těch destiček jsou tam tisíce...
Jirka

ZdenekHQ · #4 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 30 bře 2015, 20:48

Pokud ty klystrony emitují částice, tak musí být nějak upravený - samozřejmě ve srovnání s klasickým klystronem používaným dřív na TV vysílačích....

Artaban001 · #5 Příspěvek od **Artaban001** » 30 bře 2015, 21:46

v TV vysílačích byl Klystron?

monterjirka · #6 Příspěvek od **monterjirka** » 30 bře 2015, 21:58

Klystron nebo magnetron se dají za jistých technických podmínek použít jako zdroje nebo zesilovače signálu vyšších frekvencí. Dnes se to dá řešit jinak, ale byly doby, kdy jsme rádi brali i taková řešení.

sis2 · #7 Příspěvek od **sis2** » 30 bře 2015, 22:23

Jo, klystrony byly v UHF TV vysílačích běžné, s výkony v desítkách kW.
Tady jsou 500 kW kousky, asi 3m vysoké s anodovým napětím asi 52 kV.
Zesílení to má přes 50 dB, takže na buzení stačí docela málo. Potřebný výkon se skládá ze 16 paralelních bloků. Vf výkon se vede do dutinových rezonátorů (Zdeňku - HQ ...

), kde vytváří potenciálový spád v TV (10¹² Volt) a tím se synchronně "nakopávají" obíhající shluky částic... Urychlovací sekce je na celém 27 km okruhu jenom jedna, prý to na oblet dokola stačí.
Samozřejmě, že většina přivedeného výkonu se na rezonátorech odráží a tento odražený výkon se musí v přizpůsobené zátěži spotřebovat, jinak by zničil výkonové stupně. Takže jsou v cestě cirkulátory a patřičně dimenzované bezindukční (na 400 MHz!) odporové bloky asi stejně velké, jako ty klystrony. Odpadní teplo se musí vyvádět z té stometrové hloubky na povrch...
Spotřeba téhle sekce je v MW, celý CERN když jede naplno, tak "žere" až 450 MegaWatt.

milous2 · #8 Příspěvek od **milous2** » 30 bře 2015, 22:35

Něco sem také zachytil. Zvláštní řeči se vedou v diskusi.
http://www.ac24.cz/zpravy-ze-sveta/5720 ... m-vesmirem

Jimmi2 · #9 Příspěvek od **Jimmi2** » 31 bře 2015, 11:27

Tohle mě vždycky dobře pobaví:
"Experiment má spoustu kritiků, kteří spekulují nad tím, že takto vysoká energie částic může způsobit vytvoření černé díry z našeho vesmíru samotného, což by způsobilo jeho zánik."
Ale už je to trošku vyčpělé, chtělo by to něco novějšího 8-)

ZdenekHQ · #10 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 31 bře 2015, 13:13

Aha. Budu se muset na to podívat, jak to vlastně do detailu funguje, zatím jsem to bral "as is" - t.j. kde se emitují částice a jak se vlastně urychlují.

Proto ta otázka ke klystronu - ten totiž primárně generuje emg vlnění, leda by mu ty elektrony někdo během cesty "ukradl" a "odklonil", ale to by asi zase nefungoval...

sis2 · #11 Příspěvek od **sis2** » 31 bře 2015, 17:44

Ještě pár technických zajímavostí:
Vedle velkého (LHC) je ještě menší (starší) urychlovač s okruhem asi 8 km a tam je urychlovací sekce taky s dutinovými rezonátory. Ty napájí 2MW/cca 200MHz/ koncák, tvořeným 16 svazkovými tetrodami (tuším Siemens), každá s výkonem 125 kW. Tento "budič" je v budově na povrchu, a do podzemí k rezonátorům je výkon veden "koaxiálním vedením", což je potrubí o průměru asi 1 metr. Je na něm ztráta asi 3 dB, takže v podzemí je k dispozici polovina generovaného výkonu. Holt se tam hospodaří v trošku jiných rozměrech...
Dipólové supravodivé magnety, pomocí kterých se postupně ohýbá dráha částic tak, aby obíhaly v 27 km okruhu, se budí proudem asi 13 kA. Supravodivé vinutí elektromagnetů, udržované na teplotě asi 2,4 K (kapalné helium) má průměr drátu pár desetin mm. Pro případ havarijního odstavení se energie, uložená v elektromagnetech, vybíjí přes diody (velikosti prádelního hrnce) v zakončovacích odporech (velikosti menší dodávky). Nouzové odstavení a vybití akumulované energie je možné v milisekundách a absorbovaná energie se odvádí (odpory se dochlazují) následně asi půl hodiny.
Částice, které se prohání skoro rychlostí světla (asi 11000 oběhů/sec.), ve formě shluků (tzv. bunch) uvnitř 27 km okruhu, tvořeného dvojicí trubic o Ø asi 5 cm, s velmi vysokým vakuem, mají srovnatelnou energii jako 400 tunové těleso s rychlostí 200 km/h. Pro případ havárie je tam mnohatunový grafitový blok, do kterého se může celý roztočený kolotoč urychlených částic vybít. Energie nezanedbatelná, ale vůči matičce Zemi, případně blízkému okolí naprosté nic. Ale proč nespekulovat a neděsit černými dírami, když to nádherně zvedá sledovanost kdejakého sračko-média...
Pak jsou tam ještě (pro technika) neobyčejně zajímavé několikastupňové přechody mezi přívody budicího proudu z "regulovaných zdrojů" k cívkám magnetů. Na venkovní straně zhruba 15 cm silné měděné přívody na "normální teplotě" (kolem 20° C) a uvnitř supravodivé cívky na teplotě 2,4°K - a přes tyto přechody jde až 13 kA.
Při zchlazení z "normální teploty" na teplotu 2,4°K se 27 km ring "scvrkne" asi o 10 metrů a přesnost dráhy se musí držet v toleranci asi 0,1 mm.

jiriS · #12 Příspěvek od **jiriS** » 31 bře 2015, 18:26

Při dostatečně vysoké energii opravdu může vzniknout černá (mikro)díra.
Rozdíl je ale ten, že u klasické černé díry je gravitací zhroucená hmota. Vlastní gravitace je tak silná, že odpudivé síly ve hmotě gravitaci nedokáží překonat.
V případě vzniku černé mikrodíry jako důsledku srážky hmotných částic se tyto odpudivé síly překonávají kinetickou energií. Ta se vlastní srážkou vyčerpá- dochází k rozštěpení částic, takže se mikrodíra prakticky ihned vyzáří. Vzhledem k mizivé vlastní gravitaci není tedy schopná pohlcovat další částice nebo energii.
Vzhledem k plánovaným výkonům LHC by měly hmotné částice překonávat postupně i další vnitřní odpudivé síly, že by měly vznikat i obdoby protonových hvězd apod., samozřejmě v měřítku částicových velikostí. Nejvyšší výkony by měly dokázat dostat hmotu do stavu, který nastal několik setin sekundy po Velkém třesku. Jedná se o stav hmoty, který fyzici nazývají hadrony (proto LHC- velký Hadronový urychlovač), kdy má hmota specifické vlastnosti (snad se nevyjádřím příliš chybně- na nebo za hranicí platných fyzikálních zákonů).
Zároveň plánovaný výkon LHC je prakticky maximální, další zvýšení není možné proto, že jakékoliv zvýšení rychlosti hmotných částic by se spotřebovalo na jejich udržnen na kruhové dráze.
Teoreticky by to zvládl lineární urychlovač, ale jeho délka vychází na stovky km...
Jinak ještě pro zajímavost- do tubusu jsou vypouštěny dva svazky protonů, které jsou urychlovány proti sobě. Svazky jsou urychlovány postupně ve všech dříve postavených urychlovačích postupně, takže jsou ty původní stále využity a LHC je tak využíván efektivněji.
Svazek protonů (bunchů, jak uvedl sis2) má v průměru cca 1cm a délku asi 10-20cm (pokud si to pamatuju alespoň trochu).
Jeden urychlený proton má energii golfového míčku letícího rychlostí asi 50km/hod. Čísla jsou možná nepřesná, ale pro představu snad dostatečná.
Jirka

sis2 · #13 Příspěvek od **sis2** » 31 bře 2015, 19:17

Pokud si správně pamatuju, tak se postupně uplatňují 3 urychlovací systémy - nejmenší systém částice injektuje a rozpohybuje na nějakou rychlost, pak se přes výhybku zavedou do druhého stupně kolotoče (SPS), který napájí ten 2MW elektronkový konec. Ten má vzhledem k rozsahu urychlení přeladitelnost v jednotkách procent - aby urychloval synchronně s narůstající rychlostí bunchů. Jakmile je dosaženo potřebné urychlení, přesvičují se shluky do posledního stupně, což je právě ten 27 km velký hadronový kolizér (LHC) - jehož urychlovací dutinové rezonátory budí 8MW konec s klystrony - tam je rozsah přeladění nepatrný, protože rychlost už dál téměř nenarůstá - je asi na 99,95% rychlosti světla - ale narůstá energie částic. A jak doplnil Jirka, v těch dvou trubicích se honí v protisměru, aby se pak ve vhodném místě (kde jsou kolem soustavy detektorů a kalorimetrů) nasměrovaly proti sobě...

TAKJAN · #14 Příspěvek od **TAKJAN** » 31 bře 2015, 20:13

Fascinující elektro, vskutku...

#15 Příspěvek od **mi-ro** » 31 bře 2015, 21:32

Klystrony analogového UHF vysílače 100kW. Jeden obraz, druhý zvuk.