Stillstand am LHC-Beschleuniger Die Tücken der Tiefkühltechnik

Für mindestens zwei Monate steht der mächtigste Beschleuniger der Welt nun still. Das Aufwärmen der tiefgekühlten Anlage dauert, erst dann kann die Fehlersuche beginnen. Für die beteiligten Wissenschaftler ist die Zwangspause keine Überraschung - sie müssen stets mit neuen Problemen rechnen.

Von


Was derzeit am Superbeschleuniger LHC passiert, ist für die Wissenschaftler mehr als ärgerlich. Einer der acht Sektoren des knapp 27 Kilometer langen unterirdischen Rings muss Schritt für Schritt auf Normaltemperatur erwärmt werden, um die am Freitag aufgetretenen Schäden genau untersuchen und reparieren zu können.

Ursprünglich sollten in den nächsten Tagen bereits erstmals Protonen kollidieren, wenn auch noch nicht mit den großen Energien, für die der Beschleuniger eigentlich gebaut ist. Aber daraus wird nun erst einmal nichts. Schon wenige Tage nach dem erfolgreichen LHC-Start am 10. September hatte es Probleme mit der Stromversorgung gegeben. Als diese beseitigt waren, überhitzte sich ein Magnet und eine Tonne der Kühlmediums Helium trat in den Tunnel aus.

Die Kühlung des mächtigsten Teilchenbeschleunigers der Welt gilt als seine Achillesferse. 1232 gleichmäßig im Ring angeordnete Dipol-Magnete halten die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit rasenden Protonen auf der Kreisbahn. Dazu müssen sie in einen supraleitenden Zustand gebracht werden. Dies übernimmt flüssiges Helium mit einer Temperatur von 1,9 Kelvin, was minus 271 Grad Celsius entspricht. Wenn die Kühlung nicht reibungslos arbeitet, sind keine Kollisionsexperimente im LHC-Ring möglich.

Um die Schäden in dem betroffenen Sektor 34 untersuchen zu können, genügt es nicht, einfach nur die Kühlung abzuschalten und zu warten, bis alles auf Normaltemperatur aufgewärmt ist. Das Aufwärmen muss langsam erfolgen, damit dabei nicht noch neue Schäden entstehen. Wie behutsam die Ingenieure am Europäischen Kernforschungszentrum Cern vorgehen, zeigt die Temperaturkurve auf der "Cryo Main Page".

Vor drei Tagen, am Nachmittag des 19. September (Freitag) war der sogenannte Quench eingetreten. Ein Magnet im Sektor 34 hatte den Zustand der Supraleitung verlassen, weil er zu warm geworden war. Zudem war Helium ausgetreten. Danach beschlossen die Wissenschaftler, den Sektor aufzuwärmen. Heute, drei Tage später, hat die Temperatur -223.15 Grad Celsius erreicht. Bis zu normalen Temperaturen von etwa 20 Grad Celsius ist es noch weit. Wird die Geschwindigkeit des Aufwärmens ungefähr beibehalten, müssen die Forscher noch mindestens zwei Wochen warten, bis die Fehleranalyse beginnen kann.

"Wir wussten, dass so etwas immer passieren kann"

"Für das Aufwärmen rechnen wir mit zwei bis drei Wochen", sagte Cern-Sprecher James Gillies im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Das Abkühlen dauere ebenfalls zwei bis drei Wochen. Inklusive Reparatur dauere die Unterbrechung deshalb mindestens zwei Monate, erklärte Gillies.

Die Kryologistik ist gigantisch: 120 Tonnen Helium haben die Techniker in das System gepumpt. 90 Tonnen davon kühlen die Magneten, der Rest befindet sich in Leitungen und Kühlaggregaten. Das jetzt begonnene Aufwärmen wird durch die besonderen physikalischen Eigenschaften des Kühlmediums erschwert. Das Edelgas Helium verdampft bereits bei einer Temperatur von vier Kelvin, dabei vervielfacht sich sein Volumen. Würde man das Helium nicht größtenteils aus dem System herauspumpen, könnten die Leitungen zerbersten. In großen Reservetanks wird das teure Edelgas deshalb derzeit zwischengelagert.

Das beim LHC-Betrieb immer wieder technische Probleme auftauchen werden, ist keine große Überraschung. Nicht alles am Beschleunigerring sei neu, erklärte Udo Wagner im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE, der seit 1994 am Cern als Kryotechniker arbeitet. Manche noch vom Vorgängerbeschleuniger Lep übernommenen Komponenten seien schon fast 20 Jahre alt. Gealterter Kunststoff habe beispielsweise vor dem LHC-Start einen Ausfall der Stromversorgung verursacht.

Am LHC arbeitende Wissenschaftler verweisen jedoch auch immer wieder darauf, dass bei dem Beschleuniger an vielen Stellen bis an die Grenze dessen gegangen wird, was technisch überhaupt möglich ist. Dass dabei immer wieder Schwierigkeiten auftreten, sei geradezu zwangsläufig. "Wir wussten, dass so etwas immer passieren kann", sagte Cern-Sprecher Gillies.

Das Arbeiten mit regelmäßigen Unterbrechungen sind die Cern-Forscher ohnehin gewohnt. Jedes Jahr im Winter wird der Beschleuniger für mehrere Wochen abgeschaltet. In dieser Jahreszeit ist der Strom besonders teuer, und der Verbrauch des Beschleunigers entspricht dem einer Kleinstadt. So nutzen die Cern-Techniker die Pause zur routinemäßigen, ohnehin nötigen Wartung der Kompressoren in der Kryoanlage.

So könnte Warten in den nächsten Wochen zur dominierenden Tätigkeit am LHC werden: Die einen warten die Kühlanlage, die anderen warten darauf, dass es endlich losgeht mit den Kollisionen, bei denen die Anfänge des Universums und der Aufbau der Materie erforscht werden sollen.

© SPIEGEL ONLINE 2008
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.