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Ingenieria desde el LHC 1 colaboración

7 Noviembre, 2008

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Iniciamos una nueva serie de entradas gracias a la colaboración de Jorge Sanchez Quesada un ingeniero del CERN que trabaja en el LHC.

Que hace Jorge, pues con sus mismas palabras:

“En mi departamento nos encargamos del control de las cavidades de radiofrecuencia de los aceleradores (LHC y todos los demás).

Yo me dedico al diseño electrónico. Concretamente diseño módulos en el estándar VME, para el sistema de control digital.”

Damos la bienvenida a Jorge y esperamos sus colaboraciones, os dejo ya, con las imágenes comentadas por el.

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Aquí es donde se transfiere la energía de la red eléctrica a las partículas que circulan por el interior del acelerador.

Los campos electromagnéticos estacionarios que se forman en la cavidad, están en ‘fase’ con la corriente de partículas, y en función del voltaje (que puede ser tan alto como 20 Megavolts) se obtiene la aceleración deseada.

Éstas cavidades funcionan a 400MHz, y con potencias del órden de varios megavatios.

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Estos son los dipolos del LHC.

La máquina se compone de mas de mil de éstos elementos, que miden 12 metros y pesan unas 22 toneladas.

Dentro de cada dipolo hay una serie de canalizaciones para los fluidos criogénicos, y dos electroimanes junto con las partes metálicas que ‘guian’ el flujo magnético en la dirección adecuada para obtener un campo uniforme dentro de los tubos por los que circulan las partículas.

Éstos elementos junto con las cavidades resonantes, van siendo conectados uno detrás de otro dentro del anillo de 27 Km de perímetro.

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Detalle de la sección transversal de uno de los dipolos de LHC.

Se observan los dos tubos por donde circularán las partículas, y rodeando a éstos se observan los bobinados de los dos electroimanes.

Todo ello es enfriado hasta una temperatura aproximada de -271.15 ºC (unos 2 kelvin), y de ésta forma obtenemos unas bobinas superconductoras.

Ésto hace que las bobinas tengan un comportamiento ideal, y que por lo tanto no existan pérdidas por efecto Joule en los devanados.

Se hace porque las corrientes necesarias para alcanzar los campos magnéticos que se precisan, son de kiloamperios (unos 16000 amps.), de forma que al enfriar éstos imanes, conseguimos que no se funda el metal de los devanados, que los devanados sean compactos y el electroimán pequeño y además, conseguimos un considerable ahorro en la factura eléctrica.

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En la foto se observan 3 de los 12 bancos de test de los dipolos del LHC.

En éstos bancos de test automatizados, se prueban los dipolos ántes de ser instalados dentro del túnel. Se enfrían hasta la temperatura de trabajo (-271 ºC), se les hace el vacío, y se les inyecta una corriente en rampa que va de 0 hasta los 16000 amperios del límite práctico.

Esto se va haciendo de forma gradual para ‘envejecer’ al imán, hasta que poco a poco se consigue que éste llegue hasta la corriente máxima sin presentar pérdidas por efecto Joule.

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Aquí se observa lo que ocurre cuando un bobinado no es capáz de resistir la corriente de test.

En éste caso, durante la fase de incremento de corriente el bobinado entró en pérdidas y disipó muchísima energía durante una fracción muy reducida de tiempo.

Cuando esto ocurre, entramos en lo que se conoce como ‘quench’. El efecto, como se ve, es devastador.

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Cables y conectores de los bobinados del dipolo en el banco de test.

Cada uno de esos cables, tiene asociada una camisa de agua para su refrigeración.

Hay que tener muy en cuenta que un dipolo superconductor es una bobina ideal (dos en éste caso), y hay que extremar las precauciones durante los periodos de conexión/desconexión, puesto que al no haber pérdidas las tensiones generadas por la retirada rápida de las corrientes pueden ser extremadamente altas.

Del mismo modo que no hay pérdidas, éstos dipolos almacenan gran cantidad de energía de la que muy poca se pierde por el efecto de las partículas.

Durante el funcionamiento normal del acelerador, lo que se hace es aprovechar ésta energía y devolverla a la red eléctrica, cuando no es necesario mantener el campo magnético, mediante unos convertidores de potencia.

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Medida de la corriente.

En ésta imagen se muestran dos toroides (tamaño similar al de una rueda de coche), que son axiales a una barra de cobre. Lo que aquí se muestra es un medidor de corriente.

Lo que hay debajo de dicho medidor, son unos armarios que contienen toda la electrónica de potencia que inyecta una corriente contínua extraida de la red eléctrica hacia los dipolos, y que a su vez, se encarga de recoger la energía inyectada y devolverla a la red eléctrica.

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Una vista de los racks que contienen la lógica de control del banco de test automático.

Para finalizar os dejo con una presentación de las imágenes que nos ha enviado Jorge.

Podéis verlas ampliadas en una ventana nueva [Link]

Origen de la información: Jorge Sanchez Quesada, ingeniero del CERN

Imágenes: Jorge Sanchez Quesada.

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