Achegándonos ao LHC

INICIO CERN LHC FÍSICA NO LHC DETECTORES MODELO ESTÁNDAR EDUCACIÓN LIGAZÓNS NOVAS E MÁIS GLOSARIO

NOVAS: Siga as novas...

 FONTE DE PROTÓNS
 


A fonte de protóns (proton source) é onde todo comeza no CERN.

(un novo sistema estará funcionando en 2017-18 no Linac4)

Para "fabricar" os protóns, inxéctase gas hidróxeno dentro dun cilindro de metal -Duoplasmatron- para que un campo eléctrico disocie os átomos en protóns e electróns. Este proceso da lugar a un 70 % de protóns.

Podemos simplificar o proceso así:

H2 + e-  →  H2+ + 2e-

H2+ + e→  H+ + H + e-

H + e→  H+ + 2e-


 H2   →   2 H+ + 2e-


  Para cada feixe do LHC, necesitamos:

2808 bunches x 1.15·1011 = 3·1014   protóns por feixe

ou o dobre,  6·1014  protóns para os dous feixes   (1)

Un só centímetro cúbico de gas hidróxeno a temperatura ambiente contén

con  P = 105 Pa   ,,   V = 10-6 m3   ,,   T=293 K

usando   P·V = n·R·T  -   

n = 4·10-5 moles    ,,    N = 4·10-5 x 6·1023 = 2.4·1019 moléculas  

Polo tanto 5·1019 átomos de hidróxeno      (2)

Tendo en conta (1) e (2), o LHC pode ser reenchido unhas 100000 veces con só un  centímero cúbico de gas – e só se precida reenchelo dúas veces ao día!

Os protóns saen do Duoplasmatrón por unha apertura de ~ 1 mm2 e posúen xa unha velocidade do 1,4% da velocidade da luz, i.e., ~ 4000 km/s

 

Son enviados ao cuadrupolo de RF -QRF- de 750 kV onde son focalizados e acelerados para entrar a continuación no acelerador lineal (LINAC2) que os acelera ata os 50 MeV.

Unha pequena botella de uso industrial de hidróxeno contén uns 5 kg deste gas. Entón a cantidade de moléculas é:

n =  5000/2 = 2500 moles

2500  x 6·1023 = 1.5·1027 moléculas

N = 2 x 1.5·1027 = 3·1027 átomos

Tendo en conta que o proceso de ionización xera un 70% de protóns, temos:

  0,7 x 3·1027 = 2.1 ·1027átomos

Considerando (1), esta botella poderá ser utilizada:

2.1·1027 / 6  ·1014= 3.5·1012  veces

Dado que o LHC é enchido cada dez horas, a nosa botella poderá durar:

10 x 3.5·1012  = 3.5·1013 horas

Logo, uns 4 ·109 anos

Con toda seguridade o gas hidróxeno escapará da botella máis ràpido.


Unha nova fonte (proporcionando neste caso H-) estará en operación no novo acelerador lineal, Linac4, que entrará en funcionamento en 2017-18.


Pero non só os protóns son para o LHC.

De feito a cantidade utilizada por el é unha porcentaxe moi pequena do total. Os seguintes datos son referidos aos protóns proporcionados para os diferentes experimentos do CERN en 2012.


Tomado de Rolf Heuer no CERN General Meeting Xaneiro 2013


 



© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO | Deseño orixinal de Gabriel Morales Rey