Bien, hay dos preguntas aquí. Una es la cuestión de la luminosidad del haz, es decir, las partículas de energía en la máquina tienen cuando alcanzan su pico de energía.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) utiliza un ingenioso diseño tomado del Superconductor Superconductor para acelerar dos haces de protones en direcciones opuestas. El LHC acepta protones con una energía de 0.45 billones de electrones * Voltios [TeV] y los acelera a una energía de ~ 6.5 [Tev]. Cuando se cruzan estos dos haces, la energía total de una colisión entre un par de protones es 13 [TeV]. 13 [TeV] está en el orden de la energía que tiene un pequeño grupo de mosquitos cuando vuelan juntos: aproximadamente 2 [uW] (microvatios, [matemática] 10 ^ -6 vatios) [/ matemática] estupendamente grande para los protones, no así Impresionante a escala humana.
En cuanto a la “energía máxima que utilizaron hasta ahora”, un acelerador tiene una energía de diseño. Una vez que se alcanza esa energía de diseño, no puede ir más rápido sin alterar la máquina. Hay varios límites en la luminosidad de un acelerador (incluidos los límites físicos duros relacionados con la curvatura de la trayectoria del haz), pero en general, una vez que se alcanza la máxima luminosidad o energía, no puede ir más rápido sin reemplazar el hardware o construir un anillo más grande
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La segunda pregunta es sobre la energía que consume la máquina. El LHC acelera estos protones utilizando un sistema increíblemente complejo de criostatos, imanes sectoriales, imanes de enfoque y resonadores de RF.
Un dipolo del sector LHC, responsable de dirigir el haz de protones en el camino sincrotrón suavemente curvado que le permite alcanzar una alta luminosidad de manera eficiente. Los imanes reales son pequeñas piezas de metal que rodean dos tubos en el centro de ese gran criostato de vacío azul que ves en la imagen: el trabajador parece estar examinándolos.
El LHC está compuesto por 1.232 de los dipolos del sector que puedes ver en la imagen de arriba. Cada uno tiene unos 14 metros de largo. Además, el LHC utiliza una variedad de elementos de enfoque que son imanes multipolares (por lo general, cuadrupolo, como se muestra a continuación), unos 800+ de ellos.
Quadropoles de enfoque LHC, tenga en cuenta cuatro regiones de Niobio-Titanio de color cobre cerca de la trayectoria del haz (agujero): estas son las caras polares del imán, el campo es más fuerte cerrado a esas caras y en un arco corto que conecta cada cara polar con su vecino. Dos imanes, dos haces: un criostato.
Los haces se aceleran utilizando dos largas cadenas de cavidades resonantes de RF, construidas a partir de metales superconductores para maximizar su rendimiento.
LHC RF Resonator cavity. En el interior, se crea una potente onda estacionaria electromagnética para empujar a las partículas cada vez que pasan a través de la cavidad. La sincronización de los osciladores debe ser increíblemente precisa (al nanosegundo) o las partículas no recibirán el efecto correcto al pasar a través de la cavidad.
Mi punto al entrar en todos estos detalles es que la máquina produce partículas de 6.5 [TeV], pero utiliza una cantidad absolutamente estupenda de energía para hacerlo. El LHC consume alrededor de 50 [MW] de energía cuando funciona, pero la mayor parte es para la planta criogénica que mantiene la máquina a temperaturas superconductoras y los imanes cómicamente grandes que operan los experimentos. (¡Solenoide de muón compacto , de hecho!). No puedo encontrar fácilmente datos para los elementos como los resonadores de RF, pero las pérdidas aquí deberían ser relativamente pequeñas (ya que todos los elementos eléctricos para la aceleración, dirección y enfoque del haz son superconductores, ¡así que no hay pérdida!), Así que una vez encendidos, simplemente corren .
El punto es que la energía de las partículas es muy pequeña (0.000002 vatios *): la energía que necesita la máquina para acelerar estas partículas es enorme (50,000,000 vatios), el equivalente de un par de plantas de energía de gas natural de buen tamaño o aproximadamente 10 de las turbinas eólicas más grandes que puedas encontrar).
* Las energías de partículas se miden instantáneamente, por lo que el uso de vatios aquí es incorrecto, por el simple hecho de que una comparación ‘laica’ convertí ‘julios a vatios. Perdóname, Dr. Henderson.
