Авария 19 сентября 2008 года и ее последствия
Описание инцидента
В пятницу, 19 сентября 2008 года, в ходе электрических тестов сектора 3-4 Большого адронного коллайдера произошла серьезная авария, перечеркнувшая все планы на остаток 2008 года и как минимум на начало 2009 года.
Внешне авария выглядела как внезапный выход из сверхпроводящего состояния около сотни поворотных магнитов сектора 3-4, причем некоторые из них получили механические повреждения. Повреждения получила также криогенная система, из-за чего в туннель LHC было выброшено несколько тонн гелия. Подробности см. в заметке Происшествие на Большом адронном коллайдере задерживает эксперименты на неопределенный срок. Поскольку во время работы ускорителя доступ в туннель был закрыт, никто из персонала в ходе аварии не пострадал.
Расследование инцидента показало, что причиной аварии стало сочетание брака при монтаже ускорителя с конструкторским просчетом при разработке систем безопасности ускорительного кольца. Вкратце, события развивались таким образом:
- один из электрических контактов между двумя криостатами был смонтирован недостаточно хорошо и начал резко нагреваться под действием сильного электрического тока; на это отреагировала автоматическая диагностическая система и безопасно погасила ток.
- Однако к тому времени на месте электрического контакта возник дуговой разряд, который пробил стенку криогенной системы. Гелий стал быстро испаряться внутрь криостата, в результате чего возникло давление, действующее на стенки между криостатами.
- Предохранительные клапаны, которые должны в такой ситуации открыться и вывести наружу избыток гелия, не справились с задачей; из-за высокого давления внутренности криостатов сместились относительно оболочки, а некоторые из криостатов даже сдвинулись со своих опор, сломав крепления к бетонному полу.
- Как следствие, гелий начал свободно испаряться наружу, пока его подача не была перекрыта.
Подробное посекундное описание развития событий в ходе аварии см. в заметке Опубликован отчет о расследовании аварии на Большом адронном коллайдере.
Последствия
Поломки
После того как весь сектор 3-4 был прогрет до комнатной температуры, ускоритель был вскрыт. Осмотр и измерения показали, что у нескольких магнитов имеются серьезные внутренние механические повреждения, и такие магниты будут заменены.
Еще у несколько десятков магнитов нужно будет сменить внешнюю изолирующую оболочку. Кроме того, потребуется чистка вакуумных труб, внутри которых осели частицы материалов, расплавившихся под действием тока. В целом, потребуется поднять на поверхность около 50 поворотных магнитов и других элементов ускорительного кольца.
Усиление мер безопасности
Сразу после того, как были установлены причины аварии, в ЦЕРНе началась разработка мер, призванных минимизировать риск возникновения подобных инцидентов в будущем и уменьшить последствия в случае, если авария всё же произойдет. Были предложены следующие меры:
- разработка диагностической системы, способной заранее замечать перепад напряжения на сверхпроводящем магните до наступления критической ситуации; проверка с помощью этой системы всех силовых электрических контактов в ускорительном кольце LHC с целью поиска дефектных;
- разработка и внедрение новой системы клапанов, сбрасывающих высокое давление внутри криостата в нештатной ситуации;
- укрепление опор криостатов и других механических креплений;
- разработка еще более строгих процедур допуска персонала в подземные помещения при проведении даже незначительных испытаний.
Новая диагностическая система была успешно разработана в октябре 2008 года и благодаря ей в секторе 1-2 было обнаружено еще одно дефектное соединение, но не между магнитами, а внутри одного из них. Несмотря на то что этот магнит успешно прошел тестирование на энергии 5 ТэВ, он будет заменен.
Изменения в планах работы LHC
Поднятие на поверхность, ремонт/замена, спуск поврежденных магнитов в шахту и новая сборка ускорителя, а также внедрение и тестироавние новых мер безопасности привели к задержке в работе LHC более чем на год. Кроме этого, процедура нового запуска коллайдера теперь будет проводиться медленнее и тщательнее, чем планировалось ранее.
Ход ремонтных работ
Стоимость ремонтных работ оценивается в 10 млн евро плюс еще примерно столько же будет потрачено на восполнение запасов магнитов; в ходе ремонтных работ в ЦЕРНе будет задействовано около ста специалистов (см. видеоролик о ремонте дипольных магнитов).
Первые поврежденные магниты были отсоединены уже в конце октября, однако из-за трудностей с транспортировкой их поднятие на поверхность задержалось на несколько дней (эти магниты приходится транспортировать к ближайшей шахте через другие сектора LHC). Ремонт и замена магнитов шли всю зиму; в апреле 2009 года был установлен последний отремонтированный магнит, а в июне сектор 3–4 был полностью восстановлен.
Официальные материалы, посвященные аварии
- 20 сентября 2008: Incident in LHC sector 3-4, пресс-релиз ЦЕРНа.
- 3 октября 2008: Message from the DG, обзорный доклад генерального директора ЦЕРНа Робера Аймара (Robert Aymar), в котором описана и ситуация с инцидентом.
- 15 октября 2008: Технический отчет (PDF, 22 Кб) с предварительными результатами расследования.
- 16 октября 2008: CERN releases analysis of LHC incident, пресс-релиз ЦЕРНа.
- 27 октября 2008: Sector 34 (PDF, 144 Кб), короткое сообщение о ходе работ от Майка Ламона (Mike Lamont), одного из координаторов Большого адронного коллайдера.
- 19 ноября 2008: LHC Status Report (PDF, 1,2 Мб), доклад руководителя LHC Лина Эванса (Lyn Evans), посвященный техническим подробностям аварии и разрабатываемым мерам предотвращения таких инцидентов в будущем.
- 25 ноября 2008: News from the LHC (PDF, 5 Мб), доклад Йорга Веннигера (Jorg Wenniger) с детальным обзором аварии, ее последствий и полученного при этом опыта.
- 1 декабря 2008: Status of the LHC and Plans for 2009 (PDF, 4,2 Мб), доклад Роберто Сабана (Roberto Saban) с подробностями аварии и принятыми мерами.
- 5 декабря 2008: окончательный технический отчет (PDF, 119 Кб) расследования аварии, информация о ходе ремонтных работ и планы на 2009 год.
