Cables superconductores

Acercándonos al LHC

En el anterior acelerador LEP (Large Electron Positron), el campo magnético dipolar de 0,3 T era generado por un dipolo magnético «tradicional». Cada dipolo precisaba 20 kW por imán. Había 500 imáns en el LEP por lo que se necesitaban 10 MW (cada tren AVE precisa 8 MW de potencia).

La resistencia del cable era R=0.08 Ω y la intensidad de corriente era I=500 A.

Por tanto, la energía por efecto Joule disipada por segundo era:

 P = 500·R·I2 = 500·0.08·5002 = 107 J/s.

PT = 107 J/s = 2400 Kcal/s

Dado que el campo magnético para o LHC es 30 veces más alto que para el LEP y la pérdida de energía varía con I2un calor unas 900 veces mayor debería ser extraído desde el túnel del LHC.

 

Imagen del LEP

Pero otro aún mayor problema aparecería. En la práctica, la saturación magnética del hierro se alcanza para un valor máximo de B igual a 2 T, por lo que este es el límite para este tipo de dipolos.


Para evitar estos problemas, los cables deben ser superconductores.

El conjunto de cables de cobre de la izquierda de la imagen tiene unas medidas de 11 cm de alto, 8 cm  de ancho y 28 cm de largo. Puede conducir una corriente de 12500 A a temperatura ambiente. Cuando enfriamos a 1.9 K, el cable de niobio-titanio de la derecha, entra en estado superconductor y pude transportar la misma corriente.


Helio superfluídoes el respondabe de mantener esa temperatura de 1,9 K (la más baja del Universo !!!). El helio debe fluir constantemente y debe ser enfriado permanentemente, extrayéndose todo el calor..

Se precisan 5000 toneladas de helio en todo el LHC, lo que representa la producción mundial deste gas.
Los cables están formados por 36 hilos de superconductores, cada un o de los cuales tiene exactamente un diámetro de 0.825 mm. A su vez, cada hilo está formado por 6500 filamentos superconductores de Niobio-Titanio(co 47 % de Ti). Cada filamento tieni un espesor de unos 0.006 mm, es decir, 10 veces más delgado que un cabello humano.
Alrededor de cada filamento hay una capa de 0.0005 mm de cobre de alta pureza. 
El total de cable superconductor requerido supone 1200 toneladas y 7600 km de longitude. Si consideramos los hilos y filamentos estaríamos hablando de una longitud de más de1500 millones de km, lo que llegaría par ir y volver cinco veces al Sol y aún sobraría filamento par unos cuantos viajes a la Luna.
 

Hay un gran número de diferentes tipos de multipolos magnéticos, por lo que no es fácil calcular la longitud total de cable conductor que estamos indicando. Por eso vamos a  considerar solamente la mayor contribución a esta distancia que viene dada por los dipolos principales de la instalación del LHC.

Como ya se ha indicadocada dipolo (14,3 m) lleva dos tubos "cubiertos" por 160 cables cada uno.

Por tanto, 

1232 dipolos x (2 tubos/dipolo) x (160 cables/tubo) x 14,3 m ~ 5640 km.

Considerando el resto de multipolos superconductores y los imanes superconductores de los detectores, llegamos a la cifra antes indicada de 7600 km.

Finalmente,

(7600 km/cable) x (36 hilos/cable) x (6500 filaments/hilo) ~ 1,8·10km

Más de 10 veces la distancia Tierra-Sol !!!

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) por la Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics en el CERN, desde enero de 2013 a diciembre de 2015. Actualmente está en el Depto de Física de Partículas de la USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Fïsica y Química en el IES de SAR (Santiago - España), y Profesor Asociado en el Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentales de la Facultad de Educación de la Universidad de Santiago (España). Es licenciado en Física y en Química, y Doctor por la Universidad de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL


NOTA IMPORTANTE

Toda la Bibliografía que ha sido consultada para esta Sección está indicada en la Sección de Referencias


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO (ESPAÑA) |

···