LHC vor Wiederinbetriebnahme

Das Cern stellte den LHC – den grössten Teilchenbeschleuniger der Welt – Mitte Februar 2013 nach dreijährigem Betrieb für geplante Revisionsarbeiten ab. Ab März 2015 sollen nun wieder Protonen durch den Beschleunigerring schiessen. Die supraleitenden Komponenten des Beschleunigers wurden bereits wieder auf bis zu 1,9 K gekühlt. Bevor der LHC seinen Betrieb wieder aufnehmen kann, sind aufwendige Tests durchzuführen. In jedem supraleitenden Dipolmagnet ist bis zu 1 GJ Energie gespeichert. Solche Bauteile sind deshalb mit einem ausgeklügelten Schutzsystem ausgestattet. Es detektiert Übergänge vom supraleitenden in den normalen Zustand (Quench genannt) und sorgt dafür, dass die gespeicherte Energie sicher abgeführt wird. Beim LHC-Betrieb sind 1232 supraleitenden Dipole aktiv, die bei einer Betriebstemperatur von 1,9 K eine magnetische Flussdichte von 8,33 T erzeugen. Hinzu kommen 500 Quadrupole, die bei 4,2 K oder 1,9 K arbeiten. Daneben ist eine Vielzahl weiterer, auch nicht supraleitender Magnete im Einsatz, die zur Korrektur der Teilchenstrahlparameter benötigt werden – alles in allem sind es über 10’000.

Aufwendige Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme der supraleitenden Spulen ist ein langwieriger Prozess. Alle Schutzsysteme müssen vor und während der stufenweisen Erhöhung des Stroms in den Supraleitern getestet werden. Drei bis fünf Wochen werden typischerweise für die Inbetriebnahme eines Dipols benötigt. So kommen über 10’000 Tests zusammen, die ein Expertenteam analysiert.

Eine zusätzliche Herausforderung stellt dieses Jahr die angestrebte Kollisionsenergie von 13 TeV dar (6,5 TeV pro Teilchenstrahl), womit die Komponenten knapp unterhalb ihrer Auslegungsgrenzen arbeiten. Bevor supraleitende Magnete ihren maximalen Betriebspunkt erreichen, durchlaufen sie wiederholt Quenches. Die Wissenschafter nennen dieses Phänomen Training. Diese Quenches werden durch das plötzliche Freiwerden der elektromechanischen Spannungen und das Überschreiten der Sprungtemperatur ausgelöst. Die ganze Magnetspule wärmt sich dann auf und muss wieder heruntergekühlt werden. Bei einem Dipol kann das mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Bei zwei Sektoren haben die Wissenschafter dieses Verfahren bereits durchlaufen, meldete das Cern Anfang Februar 2015.

Die Forscher hoffen, alle vorbereitenden Arbeiten für den Wiederinbetriebnahme des LHC gegen Ende Februar 2015 abzuschliessen und die Magnete im März betriebsbereit zu haben.