Система скидання пучка
Протонний пучок на повній енергії і інтенсивності володіє великою руйнівною силою (уявіть собі енергію реактивного літака, що летить, сфокусовану в поперечнику менше міліметра). У нормі пучок циркулює усередині вакуумної камери і не зачіпає апаратуру. Проте якщо в магнітній системі, що управляє, відбудеться збій або траєкторія пучка дуже сильно відхилиться від розрахункової, пучок стане небезпечний, і його потрібно буде швидко скинути. Крім того, скидання пучка, що ослабів, треба робити кожні декілька десятків годин і при нормальній роботі прискорювача.
Всім цим займається спеціальна система скидання пучка, встановлена в точці 6. У ній розміщені спеціальні швидкі магніти, які при необхідності включаються в лічені мікросекунди і злегка відхиляють пучок. В результаті протони сходять з кругової орбіти, потім пучок дефокусується, по спеціальному каналу йде геть від прискорювача і в окремому залі безпечно поглинається масивними карбон-композитними блоками (блоки від цього сильно нагріваються, але не плавляться).
Мал. 5. Частина системи гелієвого охолоджування LHC
Вакуумна і кріогенна техніка, система контролю і безпеки
Для того, щоб протонні пучки могли вільно циркулювати в LHC, усередині прискорювальної труби створений надглибокий вакуум. Тиск залишкових газів складає близько 10-13 атм. Проте навіть при такому низькому тиску час від часу відбувається зіткнення протонів з молекулами залишкового газу, що скорочує час "життя пучка" до декількох днів.
Не дивлячись на те що вакуумна труба невелика, радіусом приблизно 5 см, вона дуже довга, так що повний об'єм, що підлягає вакуумуванню, зіставимо з крупною будівлею. Крім того, із-за численних контактів і з'єднань, а також із-за великої площі внутрішньої поверхні вакуумної камери завдання по підтримці потрібного вакууму виявляється дуже непростим.
Ще однією важливою частиною інфраструктури прискорювача є кріогенна система, що охолоджує прискорювальне кільце. Вона підтримує в поворотних магнітах (а також в деяких інших елементах) температуру 1,9 К (тобто -271,25°C), при якій надпровідник безпечно тримає потрібний струм і створює необхідне магнітне поле. Для підтримки робочої температури прискорювача використовується унікально висока теплопровідність надтекучого гелію. По гелієвому каналу на LHC можна передавати кіловати теплового потоку при перепаді температур всього 0,1 К на відстані в кілометр!
Кріогенна система на LHC багатоступінчата. Для охолоджування використовується 12 мільйонів літрів рідкого азоту і майже мільйон літрів рідкого гелію. LHC в ході роботи споживатиме 2-3 вантажівки рідкого азоту і близько 500 літрів рідкого гелію в день.
Мал. 6. Коліматор із зімкнутими "щелепами" (зазор між ними не перевищує декількох міліметрів). Вигляд уздовж осі пучка.
В точках 3 і 7 розташовані пристрої для "чищення" пучка. Коли протонний пучок рухається усередині вакуумної труби, то протони коливаються в поперечній плоскості, і деякі з них можуть відхилитися від ідеальної траєкторії досить далеко. Такі "блукаючі" протони (на мові фізиків - "гало пучка") можуть зачепити стінки вакуумної труби або апаратуру. Навіть якщо це буде нікчемна частка від всього протонного пучка, вони можуть локально нагрівати або навіть пошкодити апаратуру. Наприклад, локальне енерговиділення всього в декілька сотих доль джоуля на кубічний сантиметр здатне викликати перехід поворотного магніта з надпровідного в нормальний стан, що приведе до термінового скидання пучка.
Система чищення пучка механічним чином відсікає гало пучка. Для цього в безпосередню близькість до пучка (на відстань всього пару міліметрів!) присуваються масивні блоки - "щелепи" коліматора. Вони поглинають "блукаючі" протони, але не заважають основної частини пучка. Втім, "відсічені" протони теж небезпечні - вони сильно нагрівають матеріал коліматора, а також породжують на нім потік частинок нижчої енергії ("вторинне гало"), яке теж доводиться відсікати вторинними коліматорами.