|
Dr Paweł Krawczyk, dyrektor Zakładu Aparatury Jądrowej w Instytucie Problemów Jądrowych w Świerku, przy buncherze.
Foto: Instytut Problemów Jądrowych w Świerku
|
|
Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN jest jednym z największych i najbardziej prestiżowych ośrodków badawczych świata.
Utworzona w 1954 roku, zrzesza obecnie 20 państw członkowskich.
Polska jest pełnoprawnym członkiem
CERN od 1991 roku.
Największym akceleratorem cząstek w
CERN jest
Wielki Zderzacz Hadronów (ang. Large Hadron Collider - LHC).
Naukowcy z Polski pomagają zwiększać wydajność największego urządzenia badawczego świata.
|
Trasa Wielkiego Zderzacza Hadronów (ang. Large Hadron Collider - LHC) w CERN pod Genewą.
Foto: CERN
|
|
Ze
Świerku do
Genewy właśnie wyjechał
buncher - urządzenie, które w przyszłości będzie odgrywało istotną rolę na pierwszym etapie rozpędzania cząstek dla
akceleratora LHC.
Akcelerator LHC znajduje się w fazie rozruchowej i jeszcze nie wszedł w docelowy tryb pracy. Mimo to, fizycy już myślą o jego modernizacji.
Z
Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku do
Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN pod Genewą wyjechał
buncher - urządzenie, które w przyszłości będzie pierwszym etapem rozpędzania
protonów w
kaskadzie akceleratorów zasilającej
Wielki Zderzacz Hadronów.
|
Największym akceleratorem cząstek w CERN jest Wielki Zderzacz Hadronów (ang. Large Hadron Collider - LHC).
Foto: CERN
|
|
Aby
Wielki Zderzacz Hadronów mógł działać, potrzebny jest cały kompleks akceleratorów stopniowo rozpędzających cząstki do coraz większych energii.
Wszystko zaczyna się od
wodoru, którego atomy składają się z jednego protonu i jednego elektronu. Atomy te, raz na około dziewięć godzin, są pobierane z niewielkiej butli i jonizowane, czyli „odzierane” z elektronów.
Tak otrzymane protony zostają skierowane do
akceleratora liniowego Linac 2, gdzie rozpędza się je mniej więcej do
30% prędkości światła.
|
Największym akceleratorem cząstek w CERN jest Wielki Zderzacz Hadronów (ang. Large Hadron Collider - LHC).
Foto: CERN
|
|
Następnie trafiają do
akceleratora PS Booster i tu ich
energia wzrasta niemal
30-krotnie.
Z
PS Booster protony są przekazywane do
Synchrotronu Protonowego PS, a potem do
Supersynchrotronu Protonowego SPS, na każdym etapie zwiększając
energię około
20 razy.
Niecałe pięć minut po opuszczeniu butli cząstki są wreszcie wpuszczane do wnętrza
LHC.
Każdego dnia w ten sposób rozpędza się
dwa nanogramy (10 do potęgi-9 g)
wodoru.
|
Akcelerator liniowy LIBO (ang. LInear BOoster - LIBO)
Foto: CERN
|
|
Wydajność
akceleratora LHC ściśle zależy od tego, co dzieje się na początkowych etapach przyspieszania cząstek.
Z tego powodu w pierwszej fazie modernizacji systemu
LHC akcelerator
Linac 2 zostanie zastąpiony bardziej wydajnym przyspieszaczem
Linac 4.
Zbudowany w
Instytucie Problemów Jądrowych w Świerku
buncher to
pierwszy stopień przyspieszający w Linac 4.
|
Wnętrze komory bunchera. We wnęce drga pole elektromagnetyczne podobne do używanego w kuchence mikrofalowej.
Foto: Instytut Problemów Jądrowych w Świerku
|
|
Urządzenie ma kształt zbliżony do walca o średnicy około
60 cm i wysokości około
30 cm.
Jego miedziane ściany otaczają wnękę o bardzo precyzyjnie zaprojektowanym kształcie.
Wewnątrz wnęki drga pole elektromagnetyczne podobne do używanego w kuchence mikrofalowej. Pole to nie tylko przyspiesza znajdujące się w nim protony, ale przede wszystkim
grupuje je w paczki (ang. bunch).
Grupowanie jest niezbędne, ponieważ na dalszych etapach cząstki są przyspieszane w oscylującym polu mikrofalowym.
|
Linac 3
Foto: CERN
|
|
„Drgania pola elektrycznego zachodzą jednak w obu kierunkach, co oznacza, że w jednej fazie cząstki byłyby przyspieszane, ale w następnej zostałyby spowolnione. Paczki pozwalają wstrzelić się precyzyjnie w te miejsca, gdzie pole pomaga w rozpędzaniu protonów” – wyjaśnia
dr Paweł Krawczyk, dyrektor Zakładu Aparatury Jądrowej w Instytucie Problemów Jądrowych w Świerku, w którym powstał
buncher.
Obróbkę mechaniczną elementów bunchera wykonał zespół pod kierunkiem
Andrzeja Polaka, montaż i uruchomienie nastąpiło w pracowni kierowanej przez
Michała Matusiaka, a strojenie mikrofalowe przeprowadził
Marcin Wojciechowski.
Buncher nie jest elementem akceleratora
LHC. Zostanie zamontowany jako
pierwszy stopień akceleratora liniowego Linac 4, który jest pierwszym z czterech akceleratorów wstępnie rozpędzających cząstki wpuszczane później do tunelu
LHC.
Akcelerator Linac 4, gdzie będzie pracował polski buncher, dopiero powstaje.
Zastąpi dotychczasowy
Linac 2, akcelerator obecnie używany do wstępnego rozpędzania cząstek dla akceleratora
LHC.
Rezultatem zastąpienia starego akceleratora liniowego przez
Linac 4 z polskim buncherem będzie
dwukrotny wzrost jasności wiązek wprowadzanych do
LHC, a tym samym większa liczba zderzeń między protonami.
Już za dwa lata, po uruchomieniu
Linac 4, naukowcy uczestniczący w eksperymentach przy
Wielkim Zderzaczu Hadronów będą mogli efektywniej obserwować zjawiska zachodzące w świecie kwantów przy wysokich energiach, co z czasem pozwoli na rozbudowanie współczesnych teorii fizycznych opisujących strukturę materii.
http://www.ipj.gov.pl/pl/rob3nasz.php
Video
Pracownicy Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku pokazują bunchera i wyjaśniają, do czego służy
http://www.youtube.com/watch?gl=US&feature=player_embedded&v=2OnCNjIxsoc
Polskie instytuty i firmy uczestniczące w realizacji Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC)
Polska jako jedno z 20 państw członkowskich
CERN-u finansowała i uczestniczyła w budowie
Wielkiego Zderzacza Hadronów LHC, zwłaszcza w przygotowaniu oprogramowania i symulacji oraz budowie aparatury i systemów wyzwalania.
W eksperymenty przy LHC zaangażowane są następujące instytucje naukowe:
- Instytut Problemów Jądrowych w Warszawie (CMS, LHCb, ALICE),
- Uniwersytet Warszawski (CMS),
- Politechnika Warszawska (CMS, ALICE),
- Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie (ATLAS, LHCb, ALICE),
- Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie (ATLAS, LHCb),
- Uniwersytet Jagielloński (ATLAS),
- Politechnika Krakowska (ATLAS).
Istotnym elementem przygotowań do eksperymentu są
symulacje procesów fizycznych oraz odpowiedzi
detektorów jak i
algorytmy selekcji i zapisu informacji:
•
ATLAS: w Krakowie powstał powszechnie używany pakiet do szybkiej symulacji detektora oraz algorytmy poszukiwania cząstki Higgsa, a także projekt i symulacja systemu wyzwalania i akwizycji danych detektora
•
CMS: zespół warszawski opracował metody poszukiwań wielu nowych cząstek przewidywanych przez różne teorie spoza Modelu Standardowego, zanalizował możliwość badania asymetrii między materią i antymaterią na podstawie rozpadu mezonu B oraz bardzo aktywnie uczestniczy w tworzeniu oprogramowania dla eksperymentu
•
ALICE: grupy polskie miały udział w tworzeniu jednolitego środowiska programistycznego do symulacji i analizy danych, w projekcie konstrukcyjnej bazy danych oraz w pracach nad systemami zbierania danych i monitorowania detektora
•
LHCb: polskie zespoły wniosły wkład w rozwój oprogramowania dla systemu filtracji jak i analizy danych.
Wkład polskich zespołów w budowę detektorów był również istotny:
•
ATLAS: wkładem zespołu krakowskiego były prace nad odpornymi na promieniowanie krzemowymi detektorami i wyspecjalizowanymi układami scalonymi, testy układów hybrydowych, projekt, testy, układy sterowania i oprogramowanie systemu zasilaczy wysokiego napięcia, które zbudowane zostały przez polską firmę Fideltronik; dodatkowo zespół wniósł wkład w budowę układu kontroli i monitorowania detektora. Polacy odpowiadali także za koordynację systemów gazowych i systemów chłodzenia w całym detektorze, projektowanie wsporników pod kalorymetr i opracowanie metod instalacji komór mionowych. Podpory dla eksperymentu wykonała polska firma Budimex S.A Mostostal Kraków przy współpracy z Hutą im. T. Sendzimira
•
CMS: zespół warszawski zaprojektował, przetestował i zbudował system elektroniki wyzwalania dla mionów, zasadniczy dla realizacji programu naukowego
•
ALICE: polskie zespoły miały udział w pracach dla dwóch podstawowych detektorów - kalorymetru elektromagnetycznego i komory projekcji czasowej. Inżynierowie z Politechniki Krakowskiej wykonali zaawansowane obliczenia mechaniczne elementów detektora
•
LHCb: zespół polski pracował nad elektroniką do synchronizacji detektora z akceleratorem oraz nad prototypem koncentratora do przesyłania danych. W Krakowie wykonano panele modułów detektora dla LHCb w ultralekkiej technologii, a warszawski IPJ zbudował około jednej czwartej detektorów do pomiarów torów cząstek.
Przy instalacji i uruchamianiu systemu LHC pracują grupy polskich inżynierów i techników z Krakowa: z
Instytutu Fizyki Jądrowej PAN,
Akademii Górniczo-Hutniczej i Politechniki Krakowskiej oraz z Wrocławia z
Politechniki Wrocławskiej.
CERN od swego powstania w roku 1954 stał się istotnym rynkiem dla przemysłu krajów członkowskich - w ostatnich latach, w związku z budową systemu
LHC,
CERN dokonywał rocznie zakupów na kwotę około
600 mln CHF.
Dostawy obejmowały zarówno produkty zaawansowane technologicznie, takie jak nadprzewodzące magnesy, instalacje kriogeniczne, urządzenia próżniowe, jak również usługi instalacyjne, budowlane, modyfikacje tuneli, zarządzanie nieruchomościami wchodzącymi w skład laboratorium i inne.
Przy wszelkich zakupach stosuje się procedury przetargowe.
W CERN-ie jest wiele polskich produktów, np. zbiorniki próżniowe do magnesów nadprzewodzących wyprodukowane przez
CHEMAR w Kielcach i
RAFAKO w Raciborzu, dennice kriostatów z
METALCHEMU w Kościanie, specjalistyczne urządzenia elektroniczne i energetyczne z
Zakładu Elektroniki Górniczej ZEG S.A. w Tychach, szafy sterownicze z
Zakładu Produkcji Automatyki Sieciowej S.A. w Przygórzu, polski ciekły hel z oddziału
PGNiG w Odolanowie itd.
Szeroką pomocą dla firm i instytutów zainteresowanych technologiami i zamówieniami z
CERN-u służy firma
Techtra z Wrocławia.
Techtra organizowała wystawy "
Polska w CERN-ie" w 1995 i 2000 roku oraz jest w Polsce wyłącznym dysponentem technologii
Micro-Chemical-Vias opracowanej w
CERN-ie dla małych i średnich producentów wielowarstwowych płytek drukowanych.
08.02.2010
http://lhc.fuw.edu.pl/polska.html