Rapporto sull'acceleratore: l'estinzione di un tripletto magnete interno dell'LHC provoca una piccola perdita con gravi conseguenze

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19 luglio 2023

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Di Rende Steerenberg

All'1:00 + 17 secondi di lunedì 17 luglio, i raggi dell'LHC furono scaricati dopo soli 9 minuti di collisione a causa di un interblocco a radiofrequenza causato da una perturbazione elettrica. Circa 300 millisecondi dopo che i raggi sono stati scaricati in modo pulito, diversi magneti superconduttori attorno all'LHC si sono spenti, ovvero hanno perso il loro stato superconduttore. Tra questi magneti c'erano i tripli magneti interni situati a sinistra del punto 8 (LHCb), che svolgono un ruolo cruciale nel focalizzare i fasci per l'esperimento LHCb.

Anche se questa sequenza di eventi potrebbe non verificarsi molto spesso durante il funzionamento del fascio, non è eccezionale per l'LHC, poiché è prevedibile uno spegnimento occasionale di alcuni magneti superconduttori.

In questo caso particolare, la perturbazione elettrica ha fatto sì che il sistema di protezione dal quench (QPS) attivasse i riscaldatori di quench dei magneti interessati. Questi riscaldatori di raffreddamento sono costituiti da una resistenza elettrica incorporata nelle bobine magnetiche; sono progettati per riscaldarsi rapidamente quando si verifica un quench localizzato in qualche parte del magnete, in modo da portare effettivamente l'intero magnete fuori dallo stato superconduttore in modo controllato e omogeneo. Durante tale raffreddamento, l'elio liquido presente nel magnete si riscalda e si trasforma in un gas che viene recuperato dal sistema criogenico per essere ri-liquefatto, pronto a raffreddare nuovamente i magneti.

Nonostante si tratti di un comportamento normale e previsto, le sollecitazioni meccaniche coinvolte in questo processo sono significative e, in casi molto rari, possono causare danni. Purtroppo, nel caso del tripletto magnete interno situato a sinistra del punto 8, si è verificata una piccola perdita tra il circuito criogenico, che contiene l'elio liquido, e il vuoto isolante che separa il magnete freddo dal recipiente esterno caldo, noto come il criostato. Questa barriera del vuoto è fondamentale per prevenire il trasferimento di calore dal tunnel circostante dell'LHC all'interno del criostato (questo è simile al funzionamento di un thermos). A causa della perdita, questo isolamento è andato perso: il vuoto isolante si è riempito di gas elio, raffreddando il criostato e provocando la formazione di condensa che si è congelata all'esterno.

Mentre scrivo sono in corso indagini per identificare la fonte della perdita, per consentire di elaborare una strategia di riparazione. Tuttavia è chiaro che sarà necessario un intervento con il tripletto magnete interno a temperatura ambiente. Questo incidente avrà probabilmente un grande impatto sul programma dell’LHC, poiché è improbabile che il funzionamento della macchina riprenda almeno per diverse settimane.