CERN czerpie tyle prądu, ile cały kanton genewski

Grzegorz Jasiński RMF FM: Co tu widzimy?

Jaromir Ludwin: To jest połączenie między dwoma magnesami nadprzewodzącymi, coś co w CERN jest nazywane interkonekcją…

Ile ich jest?

Ponad półtora tysiąca. Nie znam dokładnej liczby. Są pomiędzy każdymi dwoma magnesami, magnesy mają 15 albo 6 metrów długości a tunel ma obwód 27 kilometrów. Ich zadaniem jest połączenie dwóch magnesów i zapewnienie ciągłości poszczególnych obwodów, zarówno obwodów z ciekłym helem, rur w których biegnie wiązka i nadprzewodzących obwodów elektrycznych. Tu na przykład biegną 13kA przewody zasilające główne obwody LHC i 600A obwody zasilające magnesy korekcyjne, które mają bardzo różne zadania. Takich obwodów nadprzewodzących w LHC jest około półtora tysiąca. Biorąc pod uwagę, że niektóre mają 3,5 kilometra długości, bo przechodzą na drugi koniec sektora i zawracają, bo zasilanie mamy w jednym punkcie, a magnesy połączone szeregowo, to jest całkiem sporo możliwości, żeby coś złego się z tymi obwodami stało. Najprostsza rzecz, to choćby zwarcie w obwodzie. Ja, wraz z moimi kolegami, to jest około 20 osób z Krakowa, jesteśmy tu po to, by te obwody testować, szukać takich problemów, lokalizować je i wskazywać sposoby naprawy, jeśli coś się znajdzie. 

Ile prądu potrzeba, by LHC mógł działać?

Zasilamy magnesy prądem o natężeniu niecałe 1200A. To są główne obwody. Mamy też obwody, które pracują przy 6000A i ma my całkiem spora ilość obwodów, które pracują przy mniejszych prądach, rzędu 600A, 120A i 60A. Wszystkie te, o których mówię, to są obwody nadprzewodzące. Natomiast mamy jeszcze dość dużo magnesów normalnie przewodzących, ale to mniejszość. Ja się osobiście nimi nie zajmuję.

A ile energii czerpiecie państwo z sieci?

Cały CERN pobiera mniej więcej tyle samo energii, co kanton genewski…

Ale z francuskiej strony…

Tak. Dlatego że we Francji prąd jest tańszy.

To wymaga specjalnych linii energetycznych?

Tak. Do CERN dochodzi sieć energetyczna 400kV i to jest odcinek sieci wybudowany specjalnie na potrzeby CERN. Mamy też zasilanie ze strony szwajcarskiej, przy czym to szwajcarskie jest jako zapasowe…

Wielki Zderzacz Hadronów ma jakieś mechanizmy zabezpieczające energetycznie? Na pewno ma…

Ma. Tu możemy je akurat zobaczyć, wszystkie te szafy oznaczone pomarańczowymi kreskami, to są szafy, które mają zasilanie awaryjne. Nawet w przypadku użycia tego wyłącznika bezpieczeństwa, one będą miały wciąż zasilanie, bo są odpowiedzialne za układy niezbędne ze względów bezpieczeństwa. 

Skąd to zasilanie pochodzi?

Tu mówimy o tych, tak zwanych UPS-ach, czyli zasilaniu z baterii. Dopóki zasilanie z baterii jest dostępne, mamy czas na uruchomienie generatorów diesla. To co tutaj widzimy z kolei, to są rezystory.

One stawiają opór elektryczny. Po co?

Mówiliśmy, że mamy obwody magnesów nadprzewodzących i zasilamy je prądem rzędu 12000A. Obwód magnesu, zawierający w sobie cewkę, to jest coś takiego, jak koło zamachowe. Jak rozpędzimy prąd w takim obwodzie, to on nie chce się zatrzymać. To znaczy, że zgromadziliśmy w polu magnetycznym takiego magnesu energię. W głównym obwodzie dipolowym, który jest w ośmiu sektorach LHC, w momencie, w którym jest zasilany nominalnym prądem, jest zgromadzona energia 1 GJ (gigadżula). I teraz, żeby wyłączyć ten obwód musimy włączyć w obwód rezystor…

… i w kontrolowany sposób stracić tę energię…

Tak. I to zajmuje około 10 minut.

Bardzo się rozgrzewają te urządzenia? Czy one też są chłodzone?

One są chłodzone wodą.

I wtedy nad CERN unoszą się kłęby pary?

Mamy systemy, które stale doprowadzają wodę, tymi rurami, wzdłuż których idziemy. To nie jest tak, że wtedy jest jakaś dodatkowa para, bo te systemy działają cały czas i chłodzą inne miejsca, które generują jakąś energię. Są po prostu specjalne chłodnie.

Wiadomo, że centra opracowania danych wymagają chłodzenia. Czy tutaj ta elektronika, która pracuje przy obsłudze tych eksperymentów, też wymaga chłodzenia jak normalna serwerownia?

Tak. Na przykład tutaj przechodzimy koło zasilacza. Ten akurat zasila obwody 600A i on też jest chłodzony wodą.

Ile takich stacji zasilaczy jest wzdłuż całego tunelu?

Około 1500. Tyle ile obwodów.

I to mieści się w sąsiednim tunelu?

Tak. Idziemy teraz równolegle do tunelu LHC. Ta elektronika znajduje się tutaj dlatego, że w momencie, kiedy LHC pracuje, pojawia się tam jednak trochę promieniowania, które szkodzi elektronice.

To jest taki problem, jak z promieniowaniem kosmicznym…

Tak, ten sam problem występuje w samolotach, w statkach kosmicznych, a nawet w samochodach. Bo elektronika w samochodach też musi być zrobiona tak, żeby w przypadku trafienia cząstką promieniowania kosmicznego zachowała się w sposób przewidywalny.

Czyli elektronika jest tu chroniona dla swojego własnego dobra i dobra całego eksperymentu.

Dokładnie tak. Natomiast urządzenia, obok których przechodzimy teraz to są zasilacze tak zwanych kickerów. To są szybkie magnesy, które mają za zadanie wprowadzić wiązkę z SPS na tor właściwy dla wiązki Wielkiego Zderzacza Hadronów.

Czyli nie pracują cały czas, tylko wtedy gdy są potrzebne?

One się włączają i wyłączają bardzo szybko. Muszą włączyć się w momencie, kiedy wiązka się do nich zbliża, pozostać włączone, kiedy przelatuje i wyłączyć się, jak je minie, ponieważ za chwilę zrobi następny obrót i wtedy już tego pola nie powinno tam być.

Z jaką częstotliwością się włącza i wyłącza?

Nie wiem, z jaką częstotliwością się włącza i wyłącza, natomiast wiązka kreci się w akceleratorze z częstotliwością 11 tysięcy razy na sekundę. To wygląda tak, że z SPS dostajemy pewną ilość paczek wiązki, lecącej w kierunku LHC i teraz musimy je wpuścić w puste miejsce w akceleratorze. Możemy sobie wyobrazić, że on tam już jest częściowo wypełniony i teraz wypełniamy go takimi pociągami, jadącymi kolejno za sobą.

I tam jest po prostu pewna ilość miejsca, a dokładnie czasu.

Tak. Przy czym musimy sobie zostawić trochę pustego miejsca właśnie po to, by zdążyć włączyć i wyłączyć te kickery.

A teraz obok czego przechodzimy?

Teraz przechodzimy obok zasilaczy magnesów 6kA.

I one do czego służą?

To prawdopodobnie są magnesy kwadrupolowe, do skupiania wiązki…

ZOBACZ TAKŻE:

Wielki Zderzacz Hadronów: Zimniej niż w otwartej przestrzeni kosmicznej

Wielki Zderzacz Hadronów. Ktoś nie śpi, by eksperymentować mógł ktoś