Últimas noticias del estado del LHC

Hace un par de semanas asistí a una charla en la que se presentó el estado actual del LHC y donde se dieron muchos detalles (la mayoría técnicos) de la avería que ocurrió el pasado 19 de septiembre. Por lo visto la cosa ha sido más seria, desde el punto de vista técnico, de lo esperado. Aunque el problema fué el que ya comentamos, un quench en uno de los imanes (efecto conocido y que pueden causar movimientos del imán, pérdidas del haz, fallos del sistema de refrigeración, etc…). Para aquellos curiosos que quieran ver dicha charla adjunto el link, aunque es bastante técnica y está en inglés. Intentaré resumir aquí lo más relevante…

Para proteger los imanes de estos quenchs el LHC posee circuitos de protección a lo largo de todo su anillo, los cuales extraen la energía almacenada en los imanes y en sus circuitos eléctricos y cortan la corriente de forma muy rápida (en menos de 1 segundo). Estos circuitos pueden absorber hasta 1 GJ. Sin embargo, las conexiones internas de los imanes no estan protegidas (debido a su baja resistividad, aprox. 0.35 nOhm) de forma individual, sino que lo están de forma global. Basándose en los datos del sistema de protección del accidente todo indica a que el problema lo causó una pequeña subida de resistividad en las conexiones internas (200 nOhm), lo que incrementó el voltaje y provocó un fallo su transformador y seguidamente un escape de energía (~200 MJ) que se tradujo en un escape del Helio líquido refrigerante (concretamente 6 toneladas). Lamentablemente, esto no puede ser verificado ya que debido a la energía liberada en forma de calor por efecto Joule (calor producido por la corriente pasando por los cables conductores, es decir, con resistencia), el metal de las conexiones simplemente se sublimó (pasó de estado sólido a gaseoso), por lo que no hay pruebas directas. Sin embargo, lo que sí se dejo claro es que este tipo de fallos son altamente improbables que se repitan y que éste constituye una avería fortuita y aleatoria.

Aparte de calor y escape de Helio, la liberación de golpe de una cantidad tan grande de energía (un sólo imán almacena una energía equivalente a la tiene un Airbus A380 a 700 km/h y el LHC tiene 1232 imanes!) provocó daños colaterales en otros imanes haciendo que éstos se desplazaran hasta 50 cm, destrozando las conexiones de unión entre ellos. No sé si os hacéis una idea de cuánta energía se necesita (a mi me cuesta imaginármela), pero pensad que cada imán pesa unas 34 toneladas y mide unos 15 m y que se movieron medio metro. En fin, la avería ha puesto de manifiesto que existen puntos débiles en los sistemas de protección de los imanes que no cubren fallos poco probables o accidentes en las interconexiones internas. Si es que.. nada es perfecto.

Detalle de los daños en las conexiones entre un dipolo y un cuadripolo magnético

Al final, 50 componentes del sector 3-4 el LHC van a tener que ser sustituidos o reparados (entre ellos 39 dipolos, varios cuadripolos, etc..). Pero esto tiene que realizarse en la superficie por lo que se tienen que subir. Se espera que todos los imanes estén en la superficie antes de Navidades. Y se ha estimado que a finales de marzo de 2009 todos los imanes y componentes del sector 3-4 habrán sido sustituidos con éxito. Para ello, cerca de 100 personas están trabajando en las tareas de reparación.

Detalle de los daños en el pedestal de uno de los criostatos.

La charla fue bastante amena y tuvo incluso momentos de humor. Uno de ellos fue cuando Jörg explicaba como habían quedado las conexiones del imán dañado. Como hemos dicho, debido a la ingente cantidad de energía contenida en los imanes, al producirse el quench y liberarse dicha energía en forma de calor, el metal simplemente se evaporó (pasó de estado sólido a gas). Además, cuando se quema un metal, normalmente, se producen unos residuos de color negro en los bordes chamuscados. De modo que cuando abrieron el imán para inspeccionarlo, vieron que donde tenían que estar las conexiones no había nada, es decir, había un agujero y encima lo que quedaba estaba todo negro, por lo que dijeron: “¡Vaya! ¡Ya hemos encontrado el famoso agujero negro del LHC! jejeje” 

También preguntaron que si se habían tomado medidas oportunas para que el mismo problema no volviera a ocurrir. La respuesta fué que se incrementarán los sistemas de protección para evitar situaciones similares pero todo basado en los circuitos que actualmente se tiene instalados, es decir, que no se rediseñará nada desde cero (ya que eso es cuestión de años de I+D). De todas formas, nunca se tendrán sistemas 100% seguros. Y es que… así es la vida! nada es perfecto! Acabó la respuesta a la pregunta con una sonrisa y diciendo: “Anyhow, if no risk no fun!” (Traducción: ¡De todas formas, sin riesgo no hay diversión!).

Respecto a si habrá colisiones en 2009, bueno, según se dijo básicamente se tienen dos planes:

• Plan A: Colisiones a baja intensidad y baja energía hacia finales de 2009 y luego actualizar el resto de los componentes del sistema de todos los sectores durante el apagón/descanso de invierno de 2009-2010.
• Plan B: Actualizar completamente todos los sistemas necesarios de todos los sectores del LHC, lo que se traduce en que no habrá haz hasta 2010.

En el caso de que se lleve a cabo el plan A, no habría colisiones hasta por lo menos septiembre de 2009, siempre y cuando todo vaya bien durante el proceso de reparación y durante las pruebas rutinarias de los imanes. Además, si al final tenemos colisiones en el 2009, la energía alcanzada no será de 14 TeV (7 TeV por haz), ni siquiera de 10 TeV, aunque lo que sí se tiene claro es que será al menos superior a la de Tevatrón (1.8 TeV en centro de masas) por razones de competencia y rivalidad “sana” entre los físicos europeos y los norte-americanos.

Por otro lado, si se sigue el plan B, más conservador, y se actualizan todos los sectores del LHC, esto llevará mucho tiempo ya que entre otras cosas habrá que poner a temperatura ambiente todo el anillo, con lo que esto cuesta en dinero y en tiempo (que a veces vale más que el dinero).

Por lo que sé, se intentará seguir el plan A aunque no hay nada decidido y no será hasta una reunión que tendrá lugar en febrero de 2009 (LHC machine workshop) cuando se tome una decisión sobre la agenda que tendrá el LHC para el 2009 y los próximos años.

Para acabar os dejo unas fotos del transporte de uno de los imanes dañados del sector 3-4 a la superficie para su reparación: fotos y un vídeo de dicha reparación: vídeo.

Articulo posteado en La Hora Cero un interesante blog dedicado a temas relacionados con el Gran colisionador de hadrones, su autor es Carlos Escobar.