Como una de las guías en el CERN, me han dicho que usamos más o menos 3 botellas por año. Estas no son botellas pequeñas como la de la imagen (esta botella pequeña se exhibe para los visitantes porque es más fácil usar una botella pequeña en la exposición), sino botellas grandes de aproximadamente 1.5 m de altura.
Por cierto, se dice que el Director General dona cada año una botella al CERN en la víspera de Año Nuevo, como su contribución simbólica a la organización. No estoy seguro de si esto es cierto, pero hasta ahora he escuchado esta historia de diferentes fuentes.
En lugar de confiar en lo que me han dicho, tratemos de estimarnos con qué frecuencia necesitamos reemplazar la botella. La fuente de protones tiene una salida máxima de [math] 500 [/ math] mA. Un Ampère es un Coulomb por segundo, y la carga de un protón es [matemática] 1.602214 \ cdot 10 ^ {- 19} [/ math] C, por lo que un Ampère equivale a [matemática] 6.241506 \ cdot 10 ^ {18} [ / matemáticas] protones por segundo. Por lo tanto, la fuente de protones en el CERN entrega [matemáticas] 3.120753 \ cdot 10 ^ {18} [/ matemáticas] protones por segundo, pero este es el máximo absoluto. En la práctica, solo necesitamos llenar la máquina: una vez que está colisionando, no agregamos nuevos protones. Por otro lado, mientras el LHC se está ejecutando, otros experimentos pueden necesitar protones de la misma fuente, como el AD (desacelerador de antimateria) y otros. Por lo tanto, estimamos que el efecto de red sigue siendo el mismo: mientras la máquina LHC está funcionando, las otras máquinas usarán los protones que se producen. Finalmente, sabemos que todas las máquinas solo funcionan durante 9 meses al año (3 meses de parada técnica), por lo que la cantidad de protones que necesitamos por año es aproximadamente ([matemática] 3.120753 \ cdot 10 ^ {18} [/ matemática] protones veces [matemáticas] 3600 [/ matemáticas] s [matemáticas] \ cdot 24 [/ matemáticas] h [matemáticas] \ cdot 30.4 [/ matemáticas] días [matemáticas] \ cdot 9 [/ matemáticas] meses):
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[matemáticas] 7.5 \ cdot 10 ^ {25} [/ matemáticas] protones por año.
El número de protones no es una cantidad muy útil, así que pasemos a la Mole (unidad). Un mol de hidrógeno gaseoso ([matemática] H_2 [/ matemática] o dihidrógeno ) contiene [matemática] 6.022140857 \ cdot 10 ^ {23} [/ matemática] moléculas, cada una de las cuales contiene dos protones (porque necesitamos dos átomos de hidrógeno unidos para formar un gas estable). Por lo tanto, cada mol equivale a aproximadamente [matemáticas] 1.2 \ cdot 10 ^ {24} [/ matemáticas] protones, por lo tanto, necesitamos alrededor de [matemáticas] 63 [/ matemáticas] moles de dihidrógeno por año. Sin embargo, esto supone que nuestra fuente es perfecta, es decir, que todas las moléculas de gas se transforman perfectamente en protones listos para ser acelerados. En realidad, este no será el caso, y estimamos una eficiencia de [matemáticas] 33 \% [/ matemáticas]. Finalmente, necesitamos proporcionar una cantidad de gas dihidrógeno igual a
[matemáticas] 190 [/ matemáticas] moles por año.
¿Cuántos moles hay en una botella? Acabo de preguntarle a una de las personas responsables de la fuente de protones (que tiene su oficina justo en frente de la mía), y me dijo que una botella (una grande) contiene [matemáticas] 10 [/ matemáticas] litros a [ matemática] 200 [/ matemática] barra, que equivale a [matemática] 0.14 [/ matemática] kg de gas. La masa molar de hidrógeno gaseoso es, según Wolfram Alpha (ver Computational Knowledge Engine), [matemáticas] 2.01588 [/ matemáticas] g / mol. Por lo tanto, una botella contiene aproximadamente [matemática] 70 [/ matemática] moles de hidrógeno gaseoso.
De hecho, esto es un poco menos de tres botellas por año.
EDITAR:
¡Tenga en cuenta que casi todo este hidrógeno se usa para las máquinas sin LHC en el CERN! El LHC en sí usa solo el 0.018% de todos los protones de la fuente de protones. Esto se debe a que el LHC es un anillo de almacenamiento; como dije antes, una vez que se llena el LHC, puede seguir funcionando, fácilmente durante un día completo. Esto no es necesariamente cierto para los otros experimentos, y es por eso que usan casi todos los protones producidos. Entonces, si consideráramos con qué frecuencia necesitaríamos reemplazar la botella de hidrógeno solo para el LHC , entonces, de hecho, nunca tendríamos que reemplazarla: la botella sobreviviría al LHC.
