En collider består af følgende hovedelementer: en ionkilde og et injektorsystem af mindre acceleratorer, en lufttom ring af højfeltmagneter, der kan afbøje ladede atomkerner og holde dem i modsatrettede tilnærmelsesvis cirkulære baner, og et elektromagnetisk accelerationsegment, der giver partiklerne en energitilvækst når de passerer igennem det. I normal drift tager injektion og acceleration mindre end en time, hvorimod bundterne af accelererede partikler kan holdes i omløb i 12-24 timer. Collideren fungerer så som en lagerring. Modsat rettede bundter af partikler bringes til at kollidere forskellige steder på omkredsen, hvor eksperimenterne er opstillet.
Magneterne i Large Hadron Collider er superdelende magneter, 15 m lange, hvis vindinger er lavet af NiTi, der holdes nedkølet til 1,9 grader over det absolutte nulpunkt, dvs. til ca. -271.25 grader C. Der er ca. 470 ton NiTi superledere i LHC, som holdes nedkølet ved hjælp af 90 ton flydende helium. Der er to vacuumrør til de modsat rettede partikelstråler (’beams’) gennem hver magnet. Det er derfor kun muligt at accelerere partikler og tungere kerner, der har samme forhold mellem ladning og masse (Q/m).
Det magnetiske felt af LHC-magneterne er nominelt på 8 Tesla, men køres nu ved typisk 7,7 Tesla, hvilket muliggør proton energier på 6.5 TeV i hver retning. Protonerne er samlet i 2808 bundter, hver med ca. der bevæger sig med ca. 99.999999 % af lysets hastighed svarende til en relativistisk gamma-faktor på 6,93. Det tager ca. 90 mikrosekunder for protonerne at tilbagelægge en hel omkreds i LHC.
Hvert bundt af protoner indeholder omkring 0,1 1012 protoner. Den nominelle luminositet på L=1034 blev opnået i 2016, men er siden foræget til over det dobbelte siden. Bundterne krydser hinanden med en frekvens på 40 MHz, svarende til at der finder en krydsning sted hver 25 ns.
En hel kæde af forskellige acceleratorer fungerer som injektorer til LHC. Negative brintioner (H-) accelereres til 160MeV i Linac4, hvorefter begge elektroner strippes af ved passage af et tyndt kulstof-folie og den resterende brint-kerne (protonen) accelereres i PSB (Proton Synchroton Booster) til 2 GeV og videre igennem PS (Proton Synchroton) til 26 GeV og i SPS (Super Proton Synchroton til 450GeV. Her overføres de til LHC ringen og accelereres op til den endelige energi i løbet af ca. 20 minutter. Protonerne kan så holdes i ringe i 10-24 timer. Tunge atomkerner (tunge ioner) accelereres indledningsvis i Linac 3, lagres i LEIR (Low Energy Ion Ring) og accelereres videre igennem PS og SPS, indtil de når energier på omkring 2,3TeV per nukleon for bly-ioner (208Pb, Q=82+).
LHC beam operationer startede i efteråret 2008 med injektion af proton beams fra SPS. Dem 19.september 2008 skadedes anlægget ved, at ca. 100 magneter gik fra den superledende fase til normalfasen (’quench’), der provokerede smeltning af en kobber forbindelsesbjælke mellem to magneter. Dette skadede heliumsystemet og forårsagede en eksplosionsagtig udsivning af helium, der pludselig gik fra flydende tilstand til gastilstand. Anlægget blev repareret (53 magneter udskiftet eller repareret) og driften startede igen i november 2009. Anlægget har kørt eksemplarisk siden og har slået flere designrekorder.
Kommentarer
Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.
Du skal være logget ind for at kommentere.