Cables superconductores

Achegándonos ao LHC

No anterior acelerador LEP (Large Electron Positron), o campo magnético dipolar de 0,3 T era xerado por un dipolo magnético «tradicional». Cada dipolo precisaba 20 kW por imán. Había 500 imáns no LEP polo que se necesitaban 10 MW (cada tren AVE precisa 8 MW de potencia).

A resistencia do cable era R=0.08 Ω e a intensidade da corrente era I=500 A.

Xa que logo, a enerxía 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 o campo magnético para o LHC é 30 veces máis alto que para o LEP e a perda de enerxía varía segundo I2unha calor unhas 900 veces maior debería ser extraído desde o túnel do LHC.

 

Imaxe do LEP

Pero outro aínda maior problema aparecería. Na práctica, a saturación magnética do Ferro acadase para un valor máximo de B igual a 2 T, polo que este é o límite para este tipo de dipolos.


Para evitar estes problemas, os cables deben ser superconductores.

O conxunto de cables de cobre da esquerda da imaxe ten unhas medidas de 11 cm de alto, 8 cm  de ancho e 28 cm de longo. Pode conducir unha corrente de 12500 A á temperatura ambiente. Cando enfriamos a 1.9 K o cable de niobio-titanio da dereita, entra en estado superconductor e pode transportar a mesma corrente.


 

Helio superfluídoé o responsable de manter esa temperatura de 1,9 K (a máis baixa no Universo !!!). O helio debe fluir constantemente e debe ser enfriado permanentemente, extraéndose todo o calor..

Precísanse 5000 toneladas de helio en todo o LHC, o que representa a producción mundial deste gas.
Os cables están formados por 36 fíos de superconductores, cada un dos cales ten exactamente un diámetro de 0.825 mm. A súa vez, cada fío está formado por 6500 filamentos superconductores de Niobio-Titanio (co 47 % de Ti). Cada filamento ten un espesor duns 0.006 mm, é dicir, 10 veces máis delgado que un cabelo humano.
Arredor de cada filamento hai unha capa de 0.0005 mm de cobre de alta pureza. 
O total de cable superconductor requerido supón 1200 toneladas e 7600 km de lonxitude. Se consideramos os fíos e filamentos estaríamos falando dunha lonxitude de máis de1500 millóns de km, o que chegaría par ir e volver cinco veces ao Sol e aínda sobraría filamento par unhas cantas viaxes á Lúa.
 

Hai un gran número de diferentes tipos de multipolos magnéticos, polo que non é doado calcular a lonxitude total de cable conductor que vimos de indicar. Por iso imos considerar soamente a maior contribución a esta distancia que ven dada polos dipolos principais da instalación do LHC.

Como xa se ten indicadocada dipolo (14,3 m) leva dous tubos "cubertos" por 160 cables cada un.

Logo, 

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

Considerando o resto de multipolos superconductores e os imáns superconductores dos detectores, chegamos a cifra antes indicada de 7600 km.

Finalmente,

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

Máis de 10 veces a distancia Terra-Sol !!!

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade 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 a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


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

···