Авария 19 сентября 2008 года и ее последствия

Описание инцидента

В пятницу, 19 сентября 2008 года, в ходе электрических тестов сектора 3-4 Большого адронного коллайдера произошла серьезная авария, перечеркнувшая все планы на остаток 2008 года и как минимум на начало 2009 года.

Внешне авария выглядела как внезапный выход из сверхпроводящего состояния около сотни поворотных магнитов сектора 3-4, причем некоторые из них получили механические повреждения. Повреждения получила также криогенная система, из-за чего в туннель LHC было выброшено несколько тонн гелия. Подробности см. в заметке Происшествие на Большом адронном коллайдере задерживает эксперименты на неопределенный срок. Поскольку во время работы ускорителя доступ в туннель был закрыт, никто из персонала в ходе аварии не пострадал.

Схематичный вид 15-метровых дипольных магнитов Большого адронного коллайдера. Желтым пунктиром показано расположение плохого электрического контакта, вызвавшего аварию 19 сентября. Изображение из доклада Йорга Веннигера от 25.11.2008

Расследование инцидента показало, что причиной аварии стало сочетание брака при монтаже ускорителя с конструкторским просчетом при разработке систем безопасности ускорительного кольца. Вкратце, события развивались таким образом:

• один из электрических контактов между двумя криостатами был смонтирован недостаточно хорошо и начал резко нагреваться под действием сильного электрического тока; на это отреагировала автоматическая диагностическая система и безопасно погасила ток.
• Однако к тому времени на месте электрического контакта возник дуговой разряд, который пробил стенку криогенной системы. Гелий стал быстро испаряться внутрь криостата, в результате чего возникло давление, действующее на стенки между криостатами.
• Предохранительные клапаны, которые должны в такой ситуации открыться и вывести наружу избыток гелия, не справились с задачей; из-за высокого давления внутренности криостатов сместились относительно оболочки, а некоторые из криостатов даже сдвинулись со своих опор, сломав крепления к бетонному полу.
• Как следствие, гелий начал свободно испаряться наружу, пока его подача не была перекрыта.

Подробное посекундное описание развития событий в ходе аварии см. в заметке Опубликован отчет о расследовании аварии на Большом адронном коллайдере.

Последствия

Поломки

После того как весь сектор 3-4 был прогрет до комнатной температуры, ускоритель был вскрыт. Осмотр и измерения показали, что у нескольких магнитов имеются серьезные внутренние механические повреждения, и такие магниты будут заменены.

Смещение магнитов относительно друг друга привело к механическим повреждениям обслуживающей их инфраструктуры. Фото из пресс-релиза ЦЕРНа

Еще у несколько десятков магнитов нужно будет сменить внешнюю изолирующую оболочку. Кроме того, потребуется чистка вакуумных труб, внутри которых осели частицы материалов, расплавившихся под действием тока. В целом, потребуется поднять на поверхность около 50 поворотных магнитов и других элементов ускорительного кольца.

Усиление мер безопасности

Сразу после того, как были установлены причины аварии, в ЦЕРНе началась разработка мер, призванных минимизировать риск возникновения подобных инцидентов в будущем и уменьшить последствия в случае, если авария всё же произойдет. Были предложены следующие меры:

• разработка диагностической системы, способной заранее замечать перепад напряжения на сверхпроводящем магните до наступления критической ситуации; проверка с помощью этой системы всех силовых электрических контактов в ускорительном кольце LHC с целью поиска дефектных;
• разработка и внедрение новой системы клапанов, сбрасывающих высокое давление внутри криостата в нештатной ситуации;
• укрепление опор криостатов и других механических креплений;
• разработка еще более строгих процедур допуска персонала в подземные помещения при проведении даже незначительных испытаний.

Новая диагностическая система была успешно разработана в октябре 2008 года и благодаря ей в секторе 1-2 было обнаружено еще одно дефектное соединение, но не между магнитами, а внутри одного из них. Несмотря на то что этот магнит успешно прошел тестирование на энергии 5 ТэВ, он будет заменен.

Изменения в планах работы LHC

Поднятие на поверхность, ремонт/замена, спуск поврежденных магнитов в шахту и новая сборка ускорителя, а также внедрение и тестироавние новых мер безопасности привели к задержке в работе LHC более чем на год. Кроме этого, процедура нового запуска коллайдера теперь будет проводиться медленнее и тщательнее, чем планировалось ранее.

Ход ремонтных работ

Стоимость ремонтных работ оценивается в 10 млн евро плюс еще примерно столько же будет потрачено на восполнение запасов магнитов; в ходе ремонтных работ в ЦЕРНе будет задействовано около ста специалистов (см. видеоролик о ремонте дипольных магнитов).

Первые поврежденные магниты были отсоединены уже в конце октября, однако из-за трудностей с транспортировкой их поднятие на поверхность задержалось на несколько дней (эти магниты приходится транспортировать к ближайшей шахте через другие сектора LHC). Ремонт и замена магнитов шли всю зиму; в апреле 2009 года был установлен последний отремонтированный магнит, а в июне сектор 3–4 был полностью восстановлен.

Официальные материалы, посвященные аварии

• 20 сентября 2008: Incident in LHC sector 3-4, пресс-релиз ЦЕРНа.
• 3 октября 2008: Message from the DG, обзорный доклад генерального директора ЦЕРНа Робера Аймара (Robert Aymar), в котором описана и ситуация с инцидентом.
• 15 октября 2008: Технический отчет (PDF, 22 Кб) с предварительными результатами расследования.
• 16 октября 2008: CERN releases analysis of LHC incident, пресс-релиз ЦЕРНа.
• 27 октября 2008: Sector 34 (PDF, 144 Кб), короткое сообщение о ходе работ от Майка Ламона (Mike Lamont), одного из координаторов Большого адронного коллайдера.
• 19 ноября 2008: LHC Status Report (PDF, 1,2 Мб), доклад руководителя LHC Лина Эванса (Lyn Evans), посвященный техническим подробностям аварии и разрабатываемым мерам предотвращения таких инцидентов в будущем.
• 25 ноября 2008: News from the LHC (PDF, 5 Мб), доклад Йорга Веннигера (Jorg Wenniger) с детальным обзором аварии, ее последствий и полученного при этом опыта.
• 1 декабря 2008: Status of the LHC and Plans for 2009 (PDF, 4,2 Мб), доклад Роберто Сабана (Roberto Saban) с подробностями аварии и принятыми мерами.
• 5 декабря 2008: окончательный технический отчет (PDF, 119 Кб) расследования аварии, информация о ходе ремонтных работ и планы на 2009 год.