Restos metálicos en un diodo de protección fueron la causa del cortocircuito en el sector 3-4 del LHC

Por Francisco R. Villatoro, el 30 marzo, 2015. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Science ✎ 2

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El sábado 21 de marzo de 2015 en el sector 3-4 del LHC ocurrió un cortocircuito inesperado. El sábado 28 se publicó la causa: en el diodo de protección C19L4 hay restos metálicos (según muestra esta radiografía de rayos X). Esta semana se inyectará un pulso eléctrico de alta potencia para intentar derretir dichos restos. Según las simulaciones por ordenador debería ser suficiente para limpiarlos. Todos los demás sectores están en perfectas condiciones para la inyección de haces de protones. Buenas noticias sin lugar a dudas.

Más información en el «LHC machine check out 2015,» Saturday, 28 Mar 2015 y Monday, 30 Mar 2015. Sobre la toma de radiografías recomiendo Cian O’Luanaigh, «In pictures: X-rays probe LHC for cause of short circuit,» CERN News, 26 Mar 2015;
información más técnica en Rossano Giachino, Markus Albert, «LHC Report: X-rays probe for cause of short circuit,» CERN, 27 Mar 2015.

Dibujo20150330 lhc - diode - Image by Arjan Verweij - cern lhc

Todos los componentes del LHC han de ser comprobados uno a uno antes de la inyección de protones. Un proceso que requiere unos seis meses. La fase final es la simulación de quenches en los imanes superconductores. El término inglés quench denomina el proceso de extinción del campo magnético en un imán superconductor cuya bobina está enfriada por helio líquido, es decir, el paso del estado superconductor a un estado resistivo normal. El anillo de casi 27 km del LHC está formado por ocho arcos (los sectores) de 2,45 km de longitud y ocho secciones rectas de 545 m de largo (donde se encuentran los detectores y los sistemas de inyección y descarga de los haces). Cada arco contiene 154 dipolos magnéticos principales (totalizando 1232); además hay 858 cuadripolos y 6208 imanes correctores. Los 1232 dipolos superconductores están enfriados a 1,9 K (unos 271 ºC bajo cero) mediante helio superfluido y alcanzan un campo magnético máximo de 8,33 T.

Dibujo20150330 latest quenches - 30 march 2015 - cern lhc

Los quenches son muy peligrosos porque si el haz de protones se desvía de su trayectoria podría fundir parte de los materiales del anillo (se estima que un haz a 7 TeV puede fundir casi una tonelada de cobre). Hay un sistema de protección basado en diodos que permite detectar un quench y activar el sistema de seguridad. En la fase de pruebas se realizan quenches controlados para verificar que los sistemas de protección funcionan a la perfección. El objetivo en 2015 es operar como máximo con una corriente eléctrica de 10980 A, pero se verifica que todo funcione de forma correcta con una corriente de hasta 11080 A. Todos los sectores han superado la fase de pruebas, salvo el sector 3-4 (por cierto, el sector 4-5 ha requerido más tiempo del esperado).

Dibujo20150330 sector 3-4 quench short to ground - cern lhc

En el sector 3-4 ocurrió un quench inesperado debido a un cortocircuito. Estaba en la fase final de pruebas (se alcanzó una corriente de 11064 A). Los sistemas de protección funcionaron correctamente. Pero hay que poner un arreglo. Se ha realizado un estudio mediante radiografías de rayos X y simulaciones por ordenador hasta que se ha encontrado la causa. Un poco de polvo metálico que hace contacto entre el tubo (que actúa como toma de tierra) y uno de los cables que conduce al diodo de protección. La solución al problema (avalada por las simulaciones por ordenador) consiste en inyectar un pulso de corriente con energía limitada que permita derretir los restos metálicos.

Dibujo20150330 rb training quenches - quench280315 - cern lhc

Se espera que esta semana se ejecute el proceso de limpieza. Si no funcionara correctamente, también se han diseñado otras dos soluciones alternativas. La más sencilla es presurizar el helio en el sector y realizar una descarga rápida de presión que genere un flujo turbulento que limpie los restos metálicos. Y por último, la alternativa más costosa en tiempo, cortar el sistema criogénico en el sector, abrir el imán, acceder directamente al diodo y realizar un reemplazo del mismo (se estima que esta última opción podría implicar un retraso de unas seis semanas).

Por supuesto, todos esperamos que la opción de limpieza que se va a ejecutar esta semana sea todo un éxito y que la inyección de protones en el LHC se pueda realizar cuanto antes. Como decía muchas veces Rolf-Dieter Heuer, crucemos los dedos.



2 Comentarios

  1. Hola Francis:

    Se te ha colado un 0 en el número de cuadrupolos, son 858 🙂

    Ayer por la tarde consiguieron hacer la «vaporización» de los restos con pulsos de ~500 J. Se detectaron otros en los sectores 1-2 y 7-8, por cierto, aunque no estaban en dipolos.

    Ah, aparte de las simulaciones, se han hecho pruebas en laboratorio, inyectando pulsos para vaporizar restos metálicos con diferentes corrientes, tanto en aire como en nitrógeno líquido (que, al igual que el helio, disipaba la energía que da gusto). Luego creo que se hicieron pruebas en SM18 con un imán de verdad).

    Ahora falta terminar de entrenar 3-4, hacer pruebas de «plateau» con varios sectores simultáneamente y podremos inyectar protones 🙂

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Por Francisco R. Villatoro, publicado el 30 marzo, 2015
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