Опубликован отчет о расследовании аварии на Большом адронном коллайдере

Схема, показывающая расположение электрического контакта, ставшего причиной аварии на LHC 19 сентября (изображение с сайта press.web.cern.ch)

В четверг, 16 октября, пресс-служба ЦЕРНа распространила пресс-релиз, в котором описываются промежуточные результаты расследования происшествия, месяц назад выведшего из строя Большой адронный коллайдер. Более подробная техническая информация представлена в четырехстраничном отчете ЦЕРНа.

Напомним, что 19 сентября во время подготовки сектора 3-4 к работе с пучками на энергии 5 ТэВ произошла авария, приведшая к механическим повреждениям внутри сверхпроводящих электромагнитов, выбросу значительного объема гелия в туннель LHC и гашению тока сразу в сотне магнитов (общую схему коллайдера см. на странице Устройство LHC).

Последовательность событий

В отчете описывается подробная последовательность событий, развернувшихся 19 сентября. В рамках тестов электропитания в сверхпроводящие электромагниты подавался постепенно усиливающийся ток. Поскольку обмотки электромагнитов находились в сверхпроводящем состоянии, то во всей электрической цепи было нулевое сопротивление и, соответственно, нулевое напряжение. Цель тестов заключалась в увеличении силы тока в обмотках до 9,3 кА. Именно при таком токе возникающее в поворотных магнитах магнитное поле было достаточно для работы с протонными пучками с энергией 5,5 ТэВ.

Однако при токе 8,7 кА в электрической шине между двумя магнитами возникла область ненулевого сопротивления. Это впервые было зафиксировано в 11:18:36 по центрально-европейскому времени, когда в этом месте возникла разность потенциалов в 300 милливольт. В самих магнитах в этот момент никакой разности потенциала не было зарегистрировано, что означает, что сами магниты не были «спусковым крючком» аварии.

Спустя 0,4 секунды падение напряжения на этой области выросло до 1 вольта. Дальнейшее увеличение тока с необходимой скоростью (10 А в секунду) стало невозможным, и электрическая система переключилась в режим медленной разрядки. Ток начал уменьшаться, а спустя примерно полсекунды в дело вступила система быстрого гашения тока. Все системы контроля сработали при этом должным образом.

Неожиданным оказалось то, что в области исходного электрического контакта возникла электрическая дуга, которая пробила изоляцию гелиевой системы охлаждения. В первые секунды гелий начал испаряться в вакуумные камеры внутри криостата, резко ухудшая вакуумные условия. Локальное энерговыделение привело к росту давления жидкого гелия выше рабочего значения, и при некотором пороге открылись пружинные клапаны, выпускающие излишек гелия в туннель. Гашение тока и выпуск гелия начались тем временем и в соседних секциях, однако клапаны не смогли удерживать давление в смежных секция одинаковым. В результате возник перепад давления между секциями, который привел к механическим повреждениям межсекционного барьера. Из-за этого криостат сместился со своих опор, сломав в некоторым местах крепления к бетонному полу.

Эти смещения повредили криогенную линию, из-за чего в туннель быстро было выброшено около 2 тонн гелия. Распространившись по узкому туннелю, гелий вызвал срабатывание датчиков нехватки кислорода, которые запустили пожарную тревога и обесточили сектор. Гелий продолжал выходить в туннель до тех пор, пока не было восстановлено электропитание и не пришли в действие вентили, перекрывающие подачу гелия. В результате в целом в туннель было выброшено около 6 тонн гелия из 15 тонн, задействованных в этом секторе.

Последствия

После того как сектор был прогрет до комнатной температуры и вскрыт, было подтверждено место, в котором возник электрический разряд. Осмотр показал, что других повреждений в электрической системе нет, однако вдоль вакуумной трубы наблюдалась копоть. Кроме того, были видимые повреждения в многослойной изоляции соседних магнитов.

Оценено, что механического ремонта потребуют не более чем 5 фокусирующих и 24 поворотных магнитов. Однако, по-видимому, снять и поднять на поверхность придется и другие магниты — для чистки и восстановления изоляционных слоев. В отчете сказано, что в ЦЕРНе имеются запасные магниты и их компоненты в нужных количествах. Насколько далеко вдоль вакуумной трубы простирается копоть, пока непонятно, но вполне вероятно, что ее почистят на месте. В ЦЕРНе сейчас составляют конкретный план ремонтных работ, а специальная комиссия разрабатывает меры по предотвращению таких происшествий в будущем и по минимизации ущерба от них, если они произойдут. Эти меры будут реализованы до начала новых испытаний на LHC весной будущего года.

Этот отчет ЦЕРНа был промежуточным; после того как будет проведено более тщательное обследование поврежденных магнитов и чистка вакуумной трубы, будет выпущен более полный отчет.

Источник: пресс-релиз ЦЕРНа и технический отчет (PDF, 22 Кб) о результатах расследования.

Игорь Иванов