R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 1. 2 3 Der LHC Beschleuniger: Technologie an der Grenze des Machbaren Der LHC Beschleuniger: Technologie an der

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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 1
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  • 3 Der LHC Beschleuniger: Technologie an der Grenze des Machbaren Der LHC Beschleuniger: Technologie an der Grenze des Machbaren Rdiger Schmidt - CERN Berlin Oktober 2008 Energie und Kollisionsrate Der relativistische Hammerwerfer Technologie und Komplexitt Gespeicherte Energie Inbetriebnahme
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 4 Energie und Kollisionsrate l Die Teilchenphysik braucht Kollisionen von Protonen (Wasserstoffkerne) mit einer Energie weit oberhalb von 1TeV (10 12 eV = 1Million 1Million eV) In einer Fernsehrhre werden Elektronen auf etwa 15000 eV beschleunigt l Um seltene Ereignisse zu beobachten, sollte die Kollisionsrate bei 10 9 / Sekunde pro Experiment liegen l Auerdem sollen Schwerionenstrahlen (z.B. Blei) kollidieren
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 5 LEP e+e- (1989-2000) Tunnel mit einem Umfang von 26.8 km LHC Entwicklung seit den 80er Jahren Offizieller Projektstart 1995 Installation zwischen 2003 und 2008 Protonenstrahlen kollidieren in vier Punkten CERN Hauptgelnde Schweiz Genfer See Frankreich LHC Beschleuniger (etwa 100m unter der Erde) SPS Beschleuniger CERN Prevessin CMS ALICELHCbATLAS
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 6 Der relativistische Hammerwerfer Die Protonen werden auf die Energie von 7 TeV beschleunigt .und mit starken Magnetfeldern auf einer Kreisbahn gehalten Zur Beschleunigung laufen die Protonen etwa 7 Millionen mal um, und werden bei jedem Umlauf mit einer Spannung von etwa 1 Millionen Volt beschleunigt 450 GeV 7 TeV 20 min Energie Zeit
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 7 Fr die Kreisbahn braucht es 1232 supraleitende Ablenkmagnete bei 1.9 K, jeweils 15 m lang ausserdem viele andere Magnete, um die Teilchen fr viele Stunden stabil auf der Bahn zu halten (1700 Hauptmagnete und etwa 8000 Korrekturmagnete) Querschnitt eines Dipol / Ablenkmagneten in der Ausstellung Quadrupolmagnet
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 8 Ablenkmagnete werden in den Tunnel abgesenkt Mrz 2005 - April 2007
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 9 Einfang von Surfern durch eine Welle zur BeschleunigungEinfang von Surfern durch eine Welle zur Beschleunigung 9 siehe Ausstellung: Salatschsselbeschleuniger
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 10 Fr die Beschleunigung braucht man hohe Spannungen, die durch Radiowellen erzeugt werden 16 supraleitende Hochfrequenzeinheiten mit 16 Millionen Volt
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 11 Beispiele technologischer Herausforderungen
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 12 Magnete und Khlung l Supraleitende Magnete mit hohem Feld (8.3 Tesla) in superflssigem Helium bei 1.9 K (entspricht -271 0 C und hat eine extrem hohe Wrmeleitfhigkeit) auf einer Lnge von etwa 20 km l Klteanlage zur Khlung bei 1.9 K, 4.5 K und hheren Temperaturen klter als anderswo im Universum
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 13 Komplexitt des Beschleunigers 18 von etwa 1600 Stromzufhrungen mit Hochtemperatursupraleitern fr ~10000 Magnete und ~1700 elektrische Kreise mit hohem Strom, der mit einer Przision vom ~1/1000000 geregelt wird
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 14 Verbindung zwischen zwei Hauptmagneten (insgesamt gibt es 1700 solcher Verbindungen)
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 15 Teilchenstrahl ~1.3 mm 56.0 mm l Ultrahochvakuum fr Strahlrohr l Isoliervakuum fr die Kryostaten weniger Atome pro Volumen als auf der Mondoberflche Vakuumsysteme Strahlrohr mit Innenschirm
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 16 ~40 m Viele Kollisionen brauchen viele Teilchen und kleine Strahlen In jedem Strahl etwa 3000 Teilchenpakete mit je 100 Milliarden Protonen und ein Strahldurchmesser von etwa 40 m am Kollisionspunkt im Detektor (dnner als ein Menschenhaar) Experiment 40 m
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 17 Energie im Strahl Energie eines Protons bis zu 7 TeV = 7000000000000 eV Energie in Strahl 7000000000000 eV 3000 100 Milliarden = 350 MJoule 360 MJoule: Die kinetische Energie in einem 200 m langen ICE bei 150 km/h entspricht der Energie von 350 MJoule in einem Strahl 15 kg Schokolade8 Liter Benzin
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 18 Energie im Magnetsystem 10 GJoule: die Energie eines A380 bei 700 km/hour entspricht der Energie, die im LHC Magnetsystem gespeichert ist system: damit knnte man 12 Tonnen Kupfer zum schmelzen bringen !! Im Magnetsystem ist eine Energie von etwa 10 GJoule gespeichert
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 19 Erster Strahlbetrieb: vom ersten Umlauf zum gespeicherten Strahl
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 20 Einschuss und erster Umlauf eines Teilchenpakets Injektion Dump Blcke acht Bgen acht lange gerade Strecken (jeweils etwa 700m lang) IR1: ATLAS IR8: LHC-B IR2:ALICE IR7: Kollimatoren IR4: Hochfrequenz und Instrumentierung IR6: Extraktion der Stahlen IR3: Kollimatoren IR5:CMS Injektion
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 21 Einschuss und erster Umlauf eines Teilchenpakets IR5:CMS IR1: ATLAS IR8: LHC-B IR2:ALICE Injektion IR3: KollimatorenIR7: Kollimatoren IR4: Hochfrequenz und Instrumentierung IR6: Extraktion der Stahlen Dump Blcke acht Bgen acht lange gerade Strecken (jeweils etwa 700m lang)
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 22 Einfang eines Pakets mit vielen Teilchen im elektromagnetischen Feld der Strahl wurde fr Stunden gespeichert 22 Courtesy E. Ciapala einzelner Umlauf etwa 100 Umlufe
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 23 Kontinuierlicher Fortschritt? .. leider unrealistisch l The LHC ist eine Anlage von extremer Komplexitt l Die Technologie ist an der Grenze des Machbaren l Der LHC ist sein eigener Prototyp l Diverse Probleme wurden whrend Entwicklung und Bau gelst: Ablenkmagnete, Heliumverteilerlinie, Kollimatoren, Fokussiermagnete fr Experimente, Hochfrequenzfinger (PiMS), 19 September, 10 Tage nach erstem Strahlbetrieb: Aufreissen einer supraleitenden Verbindung zwischen zwei Ablenkmagneten bei Standardtests bei einem Strom von 9 kA Aufwendige Reparatur Der Schaden ist auf einen kleinen Bereich des LHC begrenzt Arbeiten zur zuknftigen Vermeidung eines solchen Vorfall
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 24 Aufreissen der Verbindung zwischen Hauptverbindung 12 kA Verbindung
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 25 Zusammenfassung l Erster Strahlbetrieb: uerst unproblematisch l Der LHC verhlt sich mit Strahl uerst "gutmtig" l Sorgfltige Inbetriebnahme der technischen Systems whrend zwei Jahren l Geplanter Strahlbetrieb im nchsten Frhjahr / Sommer l Langsames Hinarbeiten zu nominalen Parametern Es wurde hufig gesagt, dass beim LHC Kontraste wie das ganz Grosse und das ganz Kleine dicht beieinander liegen .das lsst sich sicher auch fr die Emotionen sagen, Begeisterung beim Einschalten, und Enttuschung am 19.9. Erfolg nicht durch Abwesenheit von Problemen, sondern weil Probleme identifiziert und mit kompetenten und motivierten Mitarbeitern gelst werden
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  • R.Schmidt - Ausstellung Weltmaschine 26 Der LHC Beschleuniger wurde vom CERN whrend einer Dauer von ber 20 Jahren mit der Untersttzung der CERN Mitgliedsstaaten gebaut Ausserdem gab es eine intensive Zusammenarbeit mit Labors aus vielen Lndern, z.B. die USA, Japan, Russland, Indien, Kanada, ausserdem Frankreich und Schweiz Die Industrie spielte bei dem Projekt eine wichtige Rolle Danke fr Material von: R.Assmann, R.Bailey, E.Ciapala, L.Evans, Ph.Lebrun und anderen Danksagung

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