University of Helsinki
Syyskuussa sattunut kiihdyttimen rikkoutuminen on aiheuttanut melkoisesti muutoksia LHC:n aikatauluun sekä selvityksiä haaverin syistä. Onnettomuuden perimmäinen syy on suurella todennäköisyydellä virheellisesti tehty suprajohtavien kaapelien liitos, vaikka alkuperäistä liitosta ei olekaan voitu tutkia sen sulettua täydellisesti.
Kuva: Dipolimagneettien liitos ennen ja jälkeen syyskuun haaverissa purkautunutta valokaarta. (Lähde: P. Lebrun, Chamonix 2009)
Jatkotutkimuksissa kiihdyttimestä paikannettiin toinenkin vastaava korkeavastuksinen liitos, joka on tuotu maan pinnalle korjattavaksi ja vahvistaa hypoteesia asennusvirheestä.
Osasyynä haaveriin oli se, etteivät aiemmat turvajärjestelmät olleet riittävän herkkiä ja reagoineet ongelmaan ajoissa. Jälkikäteen ohmisen vastuksen kasvu kyllä nähtiin kiihdyttimen lokitiedoista, mutta automaattisen hätäpysäytyksen raja-arvot ylittyivät liian myöhään, noin puolen sekunnin viiveellä. Siten suuri osa magneettien energiasta (puolet noin 600 MJ:sta eli 170 kWh:sta) pääsi purkautumaan valokaarena onnettomin seurauksin.
Alkuperäisissä seurantajärjestelmissä ei osattu odottaa ohmista vastusta ainoastaan kaapelien liitoksessa vaan jännitettä mitattiin koko 15 m mittaisen dipolimagneetin matkalta. Näin liitoksen jännitteen mittaustarkkuus rajoittui käytännössä noin yhteen volttiin. Uudet menetelmät parantavat mittaustarkkuutta 0,3 millivolttiin, joka vastaa 25 nano-ohmin vastusta.
Kaikki vielä kylmät sektorit on haravoitu läpi toisten ongelmallisten dipolien varalta. Tuloksena löytyi yksi dipoli, jossa oli mitattu 100 nano-ohmin vastus sekä pari dipolia 25–50 nano-ohmin vastuksilla. Ne on nostettu maan päälle korjattavaksi. Vertailun vuoksi, haaverin aiheuttaneen dipolin vastukseksi on arvioitu 220 nano-ohmia.
Aiemmat turvajärjestelmät perustuivat olettamukseen, että suprajohtavissa kaapeleissa syntyvä resistiivinen alue leviää nopeasti koko kaapelin matkalle, mikä rajoittaa yksittäiseen pisteeseen kohdistuvaa lämpökuormaa. Suprajohtavien kaapelien välinen liitos on kuitenkin rakenteeltaan poikkeava ja voi paikallistaa lämpökuorman hyvin pienelle alueelle, kuten syyskuun onnettomuudessa kävi.
Tämä riitti sulattamaan ympäröivän alueen ja aiheuttamaan valokaaren, joka puhkaisi heliumia kuljettavan putken, jossa suprajohtava kaapeli kulkee. Näin kaasua pääsi purkautumaan magneettien kylmää massaa ympäröivään tyhjiötilaan. Samalla myös odotettua pienempi osuus lämmöstä siirtyi magneettien rautakylmämassaan ja kiehuvan heliumin määrä kasvoi.
Haaveriin laajuutta lisäsikin juuri se, ettei suunnitelmissa osattu ennakoida pahimmassa tapauksessa vapautuvan heliumin määrää (n. 20 kg/s). Turvaventtiilit kyllä päästivät heliumia karkaamaan, mutta liian hitaasti (n. 2 kg/s). Näin paine (15 baria) kasvoi yli sallittujen rajojen (1.5 baria), ja magneetteja ympäröivässä tyhjiötilassa paine pääsi vahingoittamaan ja siirtämään lukuisia viereisiä magneetteja. Uusilla jälkiasennettavilla turvaventtiileillä sekä magneettien vahvistetuilla lattiakiinnikkeillä vastaavat vahingot saadaan rajattua huomattavasti pienemmälle alueelle.
Syyskuun haaverissa ei turvamääräysten ansiosta loukkaantunut ihmisiä, mutta vapautunutta heliumia levisi laajalle alueelle. Uusissa turvaohjeissa turvamarginaalia lisätään entisestään ja rajoitetaan henkilöstön oleskelua myös testattavia sektoreita ympäröivillä alueilla sekä koeasemilla.
Haaverin syyt ovat jo kokonaisuudessaan melko hyvin selvillä ja tarvittavat korjaukset suunniteltu. Lisää LHC:n jatkosuunnitelmista ja uudesta aikataulusta seuraavassa blogipostissa.
Jutun lähteenä on käytetty pääasiassa P. Lebrunin puhetta Chamonix’ssa helmikuussa järjestetyssä LHC-workhopissa.
