Beschleunigerbericht: Ein Quench eines inneren Triplettmagneten des LHC verursacht ein kleines Leck mit großen Folgen

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19. Juli 2023

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Von Rende Steerenberg

Am Montag, dem 17. Juli, um 1.00 Uhr + 17 Sekunden wurden die LHC-Strahlen aufgrund einer durch eine elektrische Störung verursachten Hochfrequenzstörung nach nur 9 Minuten Kollision abgeworfen. Ungefähr 300 Millisekunden nachdem die Strahlen sauber abgeladen wurden, erloschen mehrere supraleitende Magnete rund um den LHC – das heißt, sie verloren ihren supraleitenden Zustand. Zu diesen Magneten gehörten die inneren Triplettmagnete links von Punkt 8 (LHCb), die eine entscheidende Rolle bei der Fokussierung der Strahlen für das LHCb-Experiment spielen.

Während diese Abfolge von Ereignissen während des Strahlbetriebs möglicherweise nicht sehr häufig auftritt, ist sie für den LHC keine Ausnahme, da mit gelegentlichen Auslöschungen einiger supraleitender Magnete zu rechnen ist.

In diesem speziellen Fall führte die elektrische Störung dazu, dass das Quench-Schutzsystem (QPS) die Quench-Heizungen der betreffenden Magnete auslöste. Diese Abschreckerhitzer bestehen aus einem elektrischen Widerstand, der in die Magnetspulen eingebettet ist; Sie sind so konzipiert, dass sie sich schnell aufheizen, wenn irgendwo im Magneten ein lokaler Quench auftritt, um den gesamten Magneten auf kontrollierte und homogene Weise effektiv aus dem supraleitenden Zustand zu bringen. Während einer solchen Abschreckung erwärmt sich das flüssige Helium im Magneten und verwandelt sich in ein Gas, das vom Kryosystem zurückgewonnen und erneut verflüssigt wird, um die Magnete wieder abzukühlen.

Obwohl dies ein normales und erwartetes Verhalten ist, sind die mechanischen Belastungen bei diesem Vorgang erheblich und können in sehr seltenen Fällen zu Schäden führen. Leider ist im Fall des inneren Triplettmagneten, der sich links von Punkt 8 befindet, ein kleines Leck zwischen dem kryogenen Kreislauf, der das flüssige Helium enthält, und dem Isolationsvakuum, das den kalten Magneten vom warmen Außengefäß trennt, bekannt als Kryostat. Diese Vakuumbarriere ist entscheidend, um die Wärmeübertragung vom umgebenden LHC-Tunnel in das Innere des Kryostaten zu verhindern (dies ähnelt der Funktionsweise einer Thermoskanne). Durch das Leck ging diese Isolierung verloren: Das Isolationsvakuum füllte sich mit Heliumgas, kühlte den Kryostaten ab und führte dazu, dass sich an der Außenseite Kondenswasser bildete und gefrierte.

Während ich dies schreibe, laufen Untersuchungen, um die Ursache des Lecks zu ermitteln und eine Reparaturstrategie ausarbeiten zu können. Dennoch ist klar, dass ein Eingriff mit dem inneren Triplettmagneten bei Raumtemperatur erforderlich sein wird. Dieser Vorfall wird wahrscheinlich große Auswirkungen auf den LHC-Zeitplan haben, da der Maschinenbetrieb erst in einigen Wochen wieder in Betrieb genommen werden kann.