Grootste supergeleidende magneet in bedrijf
« on: November 24, 2006, 09:44:16 AM »
De grootste supergeleidende magneet ter wereld is begin november met succes op volle sterkte getest.
De reusachtige magneet, de 'barrel toroide' genaamd, wekt een zeer sterk magneetveld op in het zogeheten Atlas-experiment, een natuurkundige zoektocht naar de oorsprong van massa.
Grote natuurkundige vragen
Hoe komen deeltjes aan hun massa? Waaruit bestaat de onbekende 96 procent van de massa van het heelal? Waarom bestaan wij uit materie en niet uit antimaterie? Dat zijn de vragen waar het Atlas experiment zich op richt.
Ruim 1800 wetenschappers uit 165 universiteiten en laboratoria uit 35 landen, waaronder het Nederlands instituut voor subatomaire fysica Nikhef, bouwen gezamenlijk de Atlas detector waarmee naar verwachting meer inzicht wordt verkregen op de antwoorden van bovengenoermde vragen.
De Atlas deeltjesdetector is momenteel in aanbouw bij de Large Hadron Collider (LHC) op CERN (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire) in Genève, de ondergrondse deeltjesversneller die in 2007 in bedrijf zal gaan en waaraan Nederland een belangrijke bijdrage levert.
Onderzoek naar oorsprong van massa
De Nederlandse bijdrage wordt onder meer gevormd door de levering van de enorme supergeleidende magneet die onlangs op volle sterkte getest is. Het grote magneetveld is nodig om geproduceerde 'muonen' af te buigen die
worden geregistreerd in de muonkamers.
Geproduceerde muonen zijn een aanwijzing voor het tot dusver nooit waargenomen Higgsdeeltje, waar wetenschappers al jaren naar op zoek zijn. Het Higgsdeeltje verklaart waarom deeltjes massa hebben, één van de grote vragen in de natuurkunde op dit moment.
"De oorsprong van massa is iets wat zelfs de allerslimste natuurkundigen niet goed begrijpen," weet op de CERN werkzame Nederlandse natuurkundige Jeroen Van Tilburg. "Het Higgsdeeltje speelt hierin wel een belangrijke rol. Doordat het Higgsdeeltje met alle deeltjes interactie heeft, 'geeft' het deze deeltjes massa."
Hiervoor ontbreekt echter vooralsnog het bewijs, maar daar moet het Atlas-experiment verandering in brengen.
Mega magneet met donut-vorm
De Atlas barrel toroide bestaat uit acht supergeleidende spoelen, die ieder de vorm hebben van een rechthoek met ronde hoeken, 5 meter breed en 25 meter lang, opgesteld in een cirkel van 22 meter diameter.
Iedere spoel heeft een massa van meer dan 100 ton, en is in het experiment geplaatst met een precisie van een millimeter. De spoelen leveren een magneetveld van gemiddeld 0.5 Tesla in het hele volume.
Samen met andere magneet-systemen zal de barrel toroide geladen deeltjes, geproduceerd in de botsingen van de LHC
versneller, afbuigen. Hierdoor kan de snelheid en de richting van de deeltjes worden gemeten.
In tegenstelling tot vergelijkbare detectoren bestaat Atlas niet uit grote hoeveelheden metaal voor de geleiding van
het magneetveld. Dit komt door de vorm van het magneetveld: het veld bevindt zich binnen de donut-vorm die begrensd wordt door de spoelen.
Hierdoor kan de Atlas detector heel groot zijn, waardoor de metingen zeer precies gedaan kunnen worden. Op het Nikhef zijn ook de magneetveldsensoren gemaakt die op honderden posities de grootte van het magneetveld meten.
Magneet klaar voor gebruik
De Atlas barrel toroide is in de zomer zes weken lang afgekoeld naar een temperatuur van min 269 graden Celsius. Vervolgens is stapsgewijs de stroom door de spoelen aangezet, tot er op 9 november in totaal 21.000 Ampères doorheen gingen.
Daarna is de stroom stopgezet en is de opgeslagen magnetische energie van 1.1 GigaJoule (vergelijkbaar met deenergie van een TGV trein op topsnelheid) veilig weggeleid. Vervolgens is is de hele Atlas pit grondig schoongemaakt.
"We kunnen nu zeggen dat de ATLAS barrel toroide klaar is voor de eerste LHC botsingen," concludeert Nederlander Herman ten Kate, projectleider van het ATLAS magneet systeem op CERN.