Relatório do Acelerador: A extinção de um ímã triplo interno do LHC causa um pequeno vazamento com grandes consequências

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19 de julho de 2023

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Por Rende Steerenberg

À 1h00 + 17 segundos de segunda-feira, 17 de julho, os feixes do LHC foram descarregados após apenas 9 minutos de colisão devido a um intertravamento de radiofrequência causado por uma perturbação elétrica. Aproximadamente 300 milissegundos depois de os feixes terem sido despejados de forma limpa, vários ímanes supercondutores em torno do LHC foram extintos – ou seja, perderam o seu estado supercondutor. Entre esses ímãs estavam os ímãs triplos internos localizados à esquerda do Ponto 8 (LHCb), que desempenham um papel crucial na focagem dos feixes para o experimento LHCb.

Embora esta sequência de eventos possa não acontecer com muita frequência durante a operação do feixe, não é excepcional para o LHC, já que são esperados apagamentos ocasionais de alguns ímãs supercondutores.

Neste caso particular, a perturbação elétrica fez com que o sistema de proteção de extinção (QPS) acionasse os aquecedores de extinção dos ímãs em questão. Esses aquecedores de têmpera consistem em um resistor elétrico embutido nas bobinas magnéticas; eles são projetados para aquecer rapidamente quando ocorre uma têmpera localizada em algum lugar do ímã, a fim de tirar efetivamente todo o ímã do estado supercondutor de maneira controlada e homogênea. Durante essa extinção, o hélio líquido no ímã aquece e se transforma em um gás que é recuperado pelo sistema criogênico para ser liquefeito novamente, pronto para resfriar novamente os ímãs.

Apesar de este ser um comportamento normal e esperado, as tensões mecânicas envolvidas neste processo são significativas e, em casos muito raros, podem causar danos. Infelizmente, no caso do ímã triplo interno localizado à esquerda do Ponto 8, apareceu um pequeno vazamento entre o circuito criogênico, que contém o hélio líquido, e o vácuo de isolamento que separa o ímã frio do recipiente externo quente, conhecido como o criostato. Esta barreira de vácuo é crucial para evitar a transferência de calor do túnel circundante do LHC para o interior do criostato (isto é semelhante ao funcionamento de uma garrafa térmica). Como resultado do vazamento, esse isolamento foi perdido: o vácuo do isolamento foi preenchido com gás hélio, resfriando o criostato e causando a formação de condensação e congelamento na parte externa.

Enquanto escrevo, estão em curso investigações para identificar a origem do vazamento, para permitir a elaboração de uma estratégia de reparo. No entanto, é claro que será necessária uma intervenção com o íman triplo interno à temperatura ambiente. Este incidente provavelmente terá um grande impacto no cronograma do LHC, sendo improvável que a operação da máquina seja retomada por pelo menos algumas semanas.