|
Akceleratori – Uvod
CERN (Europska organizacija za nuklearna istraživanja, od 1953.) posjeduje neke od najjačih i najvećih akceleratora današnjice pomoću kojih fizičari otkrivaju čovjeku najsitnije poznate čestice i sile među njima od kojih se sastoji materijalni svijet.
Akceleratori ubrzavaju čestice (pozitrone / elektrone) do brzina koje su povijesnim razvojem ovih instrumenata dosegle vrijednosti bliske brzini svjetlosti te ih sudaraju o čvrste mete ili međusobno pri čemu dolazi do njihovog raspada na još manje elemente. Ovi instrumenti pojavljuju se u dva tipa, linearni i kružni u kojima snažni magneti i električna polja ubrzavaju i usmjeravaju «rojeve» čestica povečavajući im energiju koja je potrebna za njihovo cijepanje prilikom sudara. Danas se radi na razvoju kružnih akceleratora koji pružaju fizičarima najveće mogućnosti istraživanja zbog postizanja iznimno velikih brzina i energija čestica, a razvoj kojih seže od prvog takvog uređaja kojeg je 1931. konstruirao američki fizičar Ernest O. Lawrence i nazvao ga: cyclotron. Današnji kružni akceleratori raspolažu sa 2.000.000 puta većom snagom od «cyclotrona», a najsnažnije među njima posjeduje i gradi upravo CERN.
LHC
CERN je europska institucija koja je od svog utemeljenja omogućila izgradnju nekoliko važnih akceleratora. Među važnijim projektima ističu se: ISR (intersecting storage rings) proton-proton sudarnik iz 1971., SPS (super proton synchrotron) – 1981. te od danas najjači LEP (large electron-positron collider) – LHC (large hadron collider).
LHC je instrument koji će biti pušten u rad krajem drugog milenija na samoj francusko-švicarskoj granici, 5 km sjeverozapadno od Geneve. Rad na dosadašnjim LEP uređajima otkrili su iznimno točne podatke o subatomskim česticama (katonima i njihovim nakupinama hadronima), ali fizičari su pomoću tih istraživanja te preciznih kompjuterskih simulacija na temelju dobivenih informacija zapravo tek «otvorili vrata» daljnjim spoznajama. Do danas najjači LEP uređaj raspolagao je sa energijom sudara čestica pozitrona i elektrona od 0,3 TeV (1 TeV = 1.000 GeV) dok će LHC biti do 5 puta snažniji (1,5 TeV), a samim tim i najjači uređaj te vrste na svijetu.
LHC je kružni akcelerator hadronskih čestica (nakupina katona koji se separiraju i raspadaju na manje čestice tek prilikom superjakih sudara, a u prirodi nikad ne egzistiraju samostalno već uvijek kao nakupina) promjera 9 km čiji osnovni element – tunel sa vakuumskom cijevi se nalazi kompletno ispod zemlje. Na podzemne instalacije veže se desetak nadzemnih instalacionih kompleksa. Zbog što manjih troškova, LHC dobrim dijelom koristi već postojeću infrastrukturu SPS – akceleratora. LHC je izniman i tehnički superioran instrument čiji su osnovni dijelovi (dodatak, str. 3 – 5): ubrzavajući aparat, usmjeravajući element, fokusirajući element, vakuum te konstrukcija koja to sve objedinjava i opslužuje. Za ubrzavanje čestica koristi se supravodljivost koja se ostvaruje u šupljem linearnom elementu napravljenom od niobiuma čije stijenke su ispunjene tekućim helijem (-269˚ C) uz djelovanje ubrzavajućih elektromagnetskih valova.
Element koji usmjerava čestice i «drži» ih unutar predviđene kružne putanje je upravljivo magnetsko polje koje tvore snažni dipolni magneti raspoređeni duž 63 km duge kružne, vakuumske cijevi. Ovi magneti su u stanju u roku tisućinke pojačati intenzitet magnetnog polja (ako treba samo i lokalno) kako bi čestice koje se ubrzavaju svakim prolazom kroz niodiumsku akceleratorsku šupljinu i time dobiju veću energiju ostale na «putanji» - u protivnom bi ,usmjerene inercijom, izazvale uništenje čitave instalacije, pa čak i kontaminaciju šireg područja. Drugi set kvadropolnih i sekstupolnih magneta ima funkciju održavati čestice u zbijenoj formaciji za svo vrijeme njihove rotacije. Kružna cijev kroz koju putuju hadroni je u vakuumu kako se ne bi gubile čestice prilikom sudara sa molekulama zraka, a to omogućuju vakuumske pumpe raspoređene po čitavoj dužini akceleratorskog tunela. Svi su ovi sofisticirani uređaji zajedno sa sklopovima koji ih opslužuju kontrolirani jednim od najsnažnijih kompjuterskih sustava ikad sastavljenih u Europi koji se složenošću i snagom može mjeriti čak sa američkim vojnim proturaketnim radarskim sustavima (npr. NORAD). Kod ovakvih, tehnički superiornih i zahtjevnih instalacija gotovo svaki utjecaj je od presudne važnosti za kompletnu smislenost i svrsishodnost čitavog projekta. Tako su prilikom izvođenja građevinskih radova korištene tehnologije izvedbe i kontrole koje omogućavaju postizanje preciznosti od 0,1mm na 10 Km, prilikom korištenja uređaja treba se računati na prolazak francuskog vlaka TGV koji prometuje na relaciji Paris – Geneva, a svojim zračenjem utječe na intenzitet magnetnih i električnih polja akceleratora, također posebna pažnja treba biti posvećena položaju Mjeseca te njegovom utjecaju na obližnje jezero Leman i slično.
Kao što je već rečeno, LHC kompleks se sastoji od podzemnih i nadzemnih instalacija (dodatak, str. 6 – 14) pri čemu je ukupna brutto površina nadzemnih instalacija 76.000 m² dok je volumen podzemnih konstrukcija 242.000 m³. Instalacijski kompleksi su grupirani oko 10 lokacija uzduž akceleracijskog tunela. To su mjesta: Meyrin, Prevessin, St.Genis, Sergy, Crozet, Echenevex, Cessy, Versonnex, Ornex i Ferney-Voltaire. Radovi na ovim lokacijama su u tijeku i svode se većim dijelom na dogradnju postojeće infrastrukture (korištene za SPS te ranije LEP sustave – izgrađene 80-tih i 90-tih). Dogradnja obuhvaća postavljanje tankova za tekući helij, postavljanje generatora, proboj tunela za povezivanje SPS i LHC tunela, postavljanje ventilacionih i raznih mjernih stanica i slično.
Već nakon ovakvog, površnog uvida u ovaj poseban objekt jasno je da se radi o velikom i zahtjevnom projektu koji potencijalno ostavlja dubok trag na svoj okoliš te je CERN prilikom izvedbe LHC-sustava posebnu pažnju posvetio preventivnom saniranju svih neželjenih utjecaja koje on može imati na prirodni okoliš. Problemi koji su uočeni odnose se na ispuštanje nitrogen-oksida i ozona u zrak, buku pri izgradnji sustava te pri njegovom funkcioniranju, radioaktivnosti koja se oslobađa prilikom sudara čestica te fizičkom pojavom objekata u prirodi. Za sve su ove slučajeve predviđena konkretna rješenja, od pročišćivača zraka, olovnih štitnika i mjernih uređaja radijacije preko posebne zvučne izolacije do sustvnog ozelenjivanja i pošumljavanja lokacija intervencije.
Zahvala:
Prof.dr.sc. Aleksandar Homadovski
Nikša Štos
Literatura i popis izvora:
1. http://cernenvironment.cern.ch
2. http://cernenvironment.cern.ch/Pages/E/Themes/WorkSites/WorkSites.html
|
