LHCアトラス実験オフィシャルブログ

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LHCスケジュールに関する補足記事

ＫＥＫの徳宿です。

先週ＬＨＣの再開のスケジュールに関してお知らせしましたが、ＣＥＲＮのBulletin（週刊ニュース）にスケジュール決定に向けての裏話が掲載されています。日本語訳もご覧ください。

いろいろな問題が出てくる複雑な状況の中で最善策を見つけていくという、大変な状況を垣間見ることができます。

LHC再開スケジュールのアップデート

　
　KEKの徳宿です。
　夏休みを取っていたので書き込みが遅くなりましたが、8月6日にCERNはプレスリリースを行い、ＬＨＣの再開スケジュールを発表しました。2009年11月にビームの入射を再開して、まず、入射エネルギーで衝突をテストを行ったあと、それぞれのビームを設計値の半分の3.5TeV(3兆5000億電子ボルト）まで加速して衝突させ実験を始めるという内容です。詳しくはプレスリリースの原文及び日本語訳を参照してください。どちらもATLAS日本の研究者向けホームページの理事会等報告ページからたどることができます。

ビームの入射を始めてから衝突にこぎつけるには約1ヶ月ぐらいの加速器の調整が必要と考えられていますので、今年中に何とか3.5TeV+3.5TeVでの衝突実験を始められるのではないかとわくわくしています。ヨーロッパは冬の電気代が高いので、CERNも11月には加速器の運転をやめるのが通常なのですが、今年は少しでも遅れを取り戻そうと、クリスマス時期にちょっと休みを取るだけで運転を続けて行きます。

このブログで前にLHCのスケジュールの話を書いたのは2月12日と大分前になります。いったいどうなっているのかと不思議に思っておられた方もたくさんあるのではないかと思いますので、長くなりますが少し経過を書いていきます。

昨年9月に起ったヘリウム大量流出事故が起こり、計画が一時ストップしているわけです。しかし、その損傷を受けた場所の修理自体はは順調に進みました。39台の超伝導双極磁石、14台の四重極磁石等を交換しましたが、この修理は6月までには完了しました。この分はほぼ昨年12月にたてた予定通りに進みました。

しかし、2月の時にも書いたとおり、このような事故が二度と起らないようにするために、二つの重要な対策を取る必要がありました。一つは、事故の初期要因（超伝導が破れた線材に過剰な電流が流れて線材が切れてしまう。）が起らないようにすることで、もう一つは万が一起ってしまった場合にも被害を最小限にくいとめる対策を取ることです。両方に対して何をどれだけやれば充分であるかを考え、議論し、実行に移すといういうのを短期間に詰めなくてはなりませんでした。いろいろな視点からチェックする必要のある項目がたくさん出てきて、きちんとしたスケジュールを言うことができなかった状態でした。（しかし状況は常に報告されており、それは先に挙げた理事会の報告を見れば、3月、6月の状況を詳しく見ることができます。）　8月上旬に最後の情報（あとで述べるように銅接続部の抵抗値分布）がわかり、現在ヘリウム温度に冷やしている加速器部分（セクター）を暖め直す必要が無いとわかったので、今回の発表になりました。

もう一つ、7月初旬に「新たなヘリウム漏れ」のニュースを聞いた人があるかもしれません。これは昨年9月に起ったような事故とは全く異なり、単なるヘリウムの接続部からの微小な漏れで、私たちはあまり気にしていません。ただし、その補修のためには部分的に常温に戻さないといけないので、これによりそれまでは9月には再開と思っていたのが2ヶ月ずれ込んで11月になってしまいました。その時点でブログで報告しなかったのは、銅の接続部の抵抗分布がスケジュールを左右する一番の鍵で、その結果が近々出る状況であったので、軽微な方だけ取り上げてもしょうがないと判断したためです。抵抗分布の方はこのまま3.5TeVでの衝突を行うのに支障ないという結果になったため、結果的にはこのヘリウム漏れの遅れが一番効いてしまいましたが、これは私たちにはうれしい方向に事態が転がったと思っています。

さて、「銅の接続部の抵抗」という、わけのわからないものを話に出していますが、いよいよそれについて説明していきます。でもそのまえに、まず超伝導線の接続抵抗の話からします。それが9月の事故の第一要因だったと考えられていますので。

ＬＨＣに使われている超伝導磁石はたくさんあります。例えばビームを曲げて27ｋｍの周回軌道にするための双極磁石は、一つ一つが長さ14ｍという大きな物ですが、それが全部で1232台あります。磁石はグループにまとめられて直列につないで電流を流します。ということで隣同士の磁石から出てきた超伝導線同士をつながないといけません。その接続部は、（結構、複雑なのですが単純化して言ってしまえば）両方の磁石から出てきた平たい板のようになった超伝導線同士を重ねて半田づけしてあります。

9月の事故は、その接続がうまくいっていないところがあって、接続抵抗が高く、電流をどんどん増して行ったときにそこからの発熱で超伝導が破れ（「クエンチ」といいます）、それでも電流をすぐに切ることができなかったために接続部が熔け、そこから放電が起きて真空を保つ壁に穴が開き、大量のヘリウム流出になりました。

したがって、類似の事故を起こさないためには、すべての超伝導線の接続部の抵抗をもう一度測定し直し、悪いところがあったらやり直す必要がありました。この抵抗はナノオーム（10億分の1オーム）と非常に微小なのでこれをＬＨＣ加速器に設置された状態で測定するのは簡単ではありません。「クエンチ」を検出する回路を改良して、これができるようになりました。すべての超伝導線の接続部の抵抗の測定は昨年12月には完了し数ヶ所疑わしい接続があったので交換しました。（話をややこしくすると、見つかった「疑わしい接続」は結局磁石間の接続ではなく、磁石内部の接続でした。つまり、磁石の中で超伝導線を継ぎ足している所もあるのです。）

これで、事故の第一要因は取り除いたことになるかというと、実はこれだけでは不十分であることが指摘されました。それでようやく銅の接続抵抗の話になります。上の接続抵抗の検査により超伝導線がすべてきちんと接続されていることがわかりました。でも、超伝導磁石では、クエンチは（それほど頻度はないですが）いつでもどこでも起ると想定していないといけません。例えば、LHCのビームの一部が磁石に当たったりした場合にもビームのエネルギーが熱にかわり、温度が上がって超伝導が破れます。そのときにはどうすればいいでしょうか？

このクエンチが起ったときに電流を徐々に落として超伝導線が熔けない用にクエンチ防護システムが作られています。ここで、徐々に落とす間に超伝導線を保護するのがその周りを囲んでいる銅の安定材なのです。超伝導線が超伝導状態の時にはすべての電流がそこを流れます。しかしクエンチして超伝導線が抵抗を持ち始めると、それを囲んだ（超伝導でない）銅の部分により多くの電流が流れます。これにより線材の温度上昇を抑えることができます。クエンチが起ったときにどのぐらいの時間をかけて電流を0に落とせるかによって、銅の厚みを変えないといけません。早く0に落とせるなら周りの銅は少なくても大丈夫です。

さて問題は、磁石間の接続部では、この周りの銅も切れていて、それをつながないといけないわけです。もし接続部で（超伝導体はきちんとつながっていても）周りの銅が切れていたりすると、そこの部分では電流は超伝導線を流れることになり、超伝導線が溶けてしまう可能性が出てきます。従って、接続部では超伝導線だけでなく、周りの銅の安定材もきちんと接続していないと、昨年9月の事故と類似の事故が起る可能性が出てしまいます。（ただし、9月の事故との大きな違いは、9月の場合は超伝導線の接続なので、電流をある値に以上にすると必ず事故が起るのに対して、銅の接続の場合は「もしその近くでクエンチを起こした場合」だけに問題になります。とはいえ、だからといってほっとくわけにはいきません。）

銅の接続抵抗を計るのは実は単純ではありません。接続抵抗はマイクロオームと超伝導線の接続より1000倍大きいのですが、磁石が冷えていて超伝導線の抵抗が0の状態では銅の部分の抵抗は計れないのです。

LHC全体の磁石の内、半分（４セクター）は常温に戻っていました。この部分については6月までにすべての接続の測定を終えました。悪いところが何個かみつかったのでそれは接続をやり直しました。問題は残り半数の4セクター分の超伝導状態の磁石です。これらを常温に上げて測定すると、温度の上げ下げに時間がかかるためさらに3ヶ月は再開が遅れます。だからこの測定が、LHC再開時期を決める上で最大の要素になっていたのです。結局、ちょっと温度を上げて（絶対温度で80度）超伝導状態で無くなった状態で計る方法を採用しました。しかし、超伝導はやぶれても、金属は低温では抵抗はどんどん小さくなるので、接続抵抗を精度よく計るのは難しい作業です。

まず6月に一つのセクターで測定を行いました。1ヶ所疑わしい接続が見つかりました。しかし、低温での測定は難しいので、本当に思ったとおりの精度で測定できているか確認する必要がありました。このためこのセクターを暖めて常温に戻し、常温での測定と比較することにしました。その結果が7月上旬にわかり、精度が確認できました。これで、残りの３セクターは低温で測定すればいいことになりました。でも、ここで非常に悪い接続が見つかった場合は、そのセクターを常温に上げて修理しなくてはならず、3ヶ月の遅れになります。測定結果が出るのを、実験グループみんなが心配しながら待っていました。

8月初めに3セクターの測定が終わり、その結果3.5ＴｅＶのエネルギーであればこれらの3セクターのすべての銅の接続は十分に安全な抵抗範囲にあると言うことがわかり今回のスケジュール発表になりました。

なおこの測定をするに当たって、絶対温度80度まで温度を上げる作業を行っているところで上記の軽微のヘリウム流出事故が起きました。

以上が、2月から報告をしてこなかった弁明ですが、なかなか発表できなかったのもしょうがないとサポートしていただけるでしょうか？もっと詳しい話を絵付でみたいという人は（英語になりますが）ＣＥＲＮ加速器の総責任者のSteve Myers氏がＣＥＲＮで行ったセミナーのスライドとビデオをご覧ください。いずれにしても、LHC及びそこでの実験で起っていることは、このブログでこれからもきちんと報告していきたいと思います。

　本当は、もう一つの対策、つまり、事故が起らないようにしても、万一起ってしまった場合に被害を最小限にする対策に関しても話さないといけないのですが、すでにかなり長くなってしまったので、それはまたの機会にします。理事会の報告にはその辺もちゃんと書いてありますので、待てない人はそちらを見てください。


　

NHK視点・論点

東大ICEPPの小林です。

急なお知らせですが、今夜（5月25日 午後10:50～11:00）NHK教育テレビの
視点・論点で、横山広美さんが出演します。題目は「科学者の情報発信」です。
映画「天使と悪魔」にからんで、5月19日のブログについても触れてくれたそうです。

オーストリアのCERN脱退騒動

東大ICEPPの小林です。

この10日ほどの間に起こったオーストリアのCERN脱退に関する顛末について
お知らせします。

5月7日に突然オーストリア科学大臣が、オーストリアのCERNへの分担金を
打ち切るとの発表を行いました。これが国会および連邦大統領によって承認
されれば、2010年末でオーストリアはCERNから脱退することになります。
理由は、オーストリアの国際研究予算の70%をCERNに使っているからという
ものですが、これはオーストリアの科学関係全予算の0.5%でしかないそうです。
また科学大臣は、素粒子物理分野の研究者の意見をまったく聞くことなく、
この決定を行ったとのことです。

Heuer CERN所長は、早速11日に科学大臣に会い、CERNにとどまるのが
オーストリアの国益にかなうことであるし、これからLHC実験が始まると
いう時期に脱退すべきでない、と説得を試みました。同時にオーストリアの
研究者による署名運動が開始され（http://sos.teilchen.at/index.html）、
1週間の間に世界中から約3万人の署名が集まりました。また多くの
ノーベル賞学者や各学会などから、科学大臣への抗議の手紙もよせられ
ました。

これらの結果、18日にオーストリアの連邦首相は、科学大臣の決定を覆し、
オーストリアはCERNから脱退しないと発表しました。

私も先週CERNでこのニュースを聞き、オーストリアの友人達と連絡を
とりましたが、そのうちの２人から、今朝次のようなメールが届きました。

” ... We won...and will remain in CERN ... ”

” ... Thank you for your mail but, most of all, for the fabulous support
　the Austrian particle physics community obtained from the international
　community ! Please pass this on to your Japanese colleagues.

　　　We take this as a lesson about the importance of "outreach"
　and a lesson in civic initiatives. Most likely it is the web which allowed
　us to oppose a short sighted intrigue by the local "mighty ones"　.... ”

署名に協力くださった日本の皆様、どうもありがとうございました。

巨人ATLAS建設の槌音

KEK広報の森田です。

今年１月のオバマ大統領の就任式の際には、その様子をひとめ見ようと200万人もの人がワシントンDCに押し寄せたそうです。

その時の様子を望遠レンズを装着したデジタル一眼レフで撮影し、220枚の画像をコンピューター処理して、マウスで操作できるバーチャルリアリティ画像にしたものをgigapan社のwebサイトで見ることができます。

gigapan: President Barack Obama's Inaugural Address by David Bergman

この画像はじつに１５億ピクセルほどの解像度に相当するとのことで、マウスで画像を拡大すると、聴衆の顔を一人一人、拡大することができます。広報担当者としては、詰めかけているメディア関係者の機材とかやぐらの組み方とか大統領周辺の警備の様子がよくわかって興味深い映像です。(^_^;)

この合成には、NASAの火星探査機が撮影した画像を処理するために開発された技術が応用されているとのことで、NASAのwebサイトに解説記事があります。

NASA: Mars Technology Helps Create Inauguration Mega-picture

この技術に比べると解像度はちょっと落ちますが、ATLAS測定器やCMS、それと一周27kmに及ぶLHC加速器本体の地下１００mのトンネル内部のバーチャルリアリティ映像が公開されています。

US LHC Blog: Sights and sounds of the ATLAS cavern
CERN: The Large Hadron Collider ATLAS Experiment, CERN | Peter McCready VR Photography
CERN: The Large Hadron Collider CMS Experiment, CERN | Peter McCready VR Photography
CERN: The Large Hadron Collider, CERN | Peter McCready VR Photography

興味深いのは、それぞれのVR画像に撮影時の現場の音が一緒に収録されていることです。ATLAS測定器の建設の槌音の活気や、地下１００mのLHCトンネルの中で技術者が静かに語る声が幻想的に反響する様子などが印象的です。

茨城県つくば市にあるKEKでは、これらの映像と比べるとかなり見劣りしてしまいますが、静止画の他にもトンネル内を移動しながら周囲を見渡すことのできる動画を提供しています。よろしかったらこちらもあわせてお楽しみください。

KEK: KEKツアー（パノラマ映像）

World Wide Web 20周年

KEK広報の森田です。

WWWの創始者Tim Berners-Lee卿が20年前の今日、当時のCERNの上司Mike Sendallに「Information Management : a Proposal（情報の管理：提案）」と題した企画書を提出し、Sendallが「Vague, but exciting（漠然としているが、興味深い）」と言って許可を出したことが、今日の情報革命の基礎を担ったWWWの開発につながりました。CERNでは今日、関係者を招いて記念式典を開き、Tim Berners-Lee卿が基調講演を行うそうです。

２０年。あっという間だった気がします。

詳しくはこちら:

CERN: World Wide Web @20
w3.org: Web 20th Anniversary event at CERN

会見の模様は http://webcast.cern.ch/ で視聴できるとのこと。

物理学者とともに読む 「天使と悪魔」の虚と実 ５０のポイント

東大広報の横山です。

前回、KEK森田氏からも報告があったように、映画「天使と悪魔」公開に向けて

東大、KEKでもそれぞれに映画に関する勉強会が予定されています。以下は、CERNで反物質研究をリードされている東大理学系　早野龍五教授によるレポートです。

物理学者とともに読む　「天使と悪魔」の虚と実　５０のポイント

作品と合わせてお楽しみください。

トム・ハンクス、CERN訪問

KEK広報の森田です。

CERNは12日、映画「天使と悪魔」に出演する俳優トム・ハンクス、アイレト・ズラーと、監督ロン・ハワードらをCERNに招き、ソニーピクチャーズと共同で記者発表を行いました。

「天使と悪魔」は、世界的ベストセラーとなった「ダ・ビンチ・コード」の原作者ダン・ブラウンによるスリラー小説で、ダ・ビンチ・コードのラングドン教授が本作でも活躍します。

CERNのプレスリリースによると、「『天使と悪魔』がベストセラーであること、反物質の研究がいかに素晴らしいかを伝える機会をハリウッドが与えてくれること、これらが示しているのは、フィクションも、ノンフィクションも、どちらも我々を日常の世界から非日常の世界へ連れて行ってくれるということだ。両者の違いは、科学は常に現実の世界を扱うということ」と研究部長のセルジオ・ベルトリッチが述べたとのことです。

監督のロン・ハワードは「CERNとともに仕事をできたことは素晴らしい。ここにいる科学者たちはとても協力的で、科学について教えてくれたり、信じられないような素晴らしい場所に連れて行ってくれました。ここで行われている研究はファンタスティックだ」と述べたそうです。

映画「天使と悪魔」は５月１５日に世界中で公開されるとのこと。

CERNプレスリリース：
http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR03.09E.html

ソニーピクチャーズ「Angels&Demons」：
http://www.sonypicturespublicity.com/ad/

天使と悪魔 - オフィシャルサイト：
http://angel-demon.jp/

CERN滞在中の研究者のブログ：
Stephanie Majewski: Tom Hanks at CERN!

LHC再開のスケジュール

KEKの徳宿です。

先週・今週とCERNからプレスリリースが出て、ＬＨＣ運転の再開スケジュールが更新されました。

2月の第1週に、CERN近辺で山岳観光地としても名高いシャモニーに加速器の研究者が集まり、ＬＨＣの運転再開にむけていろいろな側面での議論が行われました。その結果を受けて2月9日に、CERNの新所長ロルフ-ディーター　ホイヤー氏が最終決定を行いました。

昨年12月の理事会で示された予定では、「7月始めには加速器全体が再び冷却される」となっていましたが、それからは遅れ、今年の9 月末にLHC の最初のビームを出し、10 月後半に衝突をさせるという予定になりました。エネルギーは各ビームが5ＴｅＶで、つまり重心エネルギーは10ＴｅＶになると考えられます。（ただし、2番目のプレスリリースではこの数字は書かれていません。）

　予定を遅らせる主な要因は、昨年の9月のような事故が起こらないように監視装置を大幅に改善させるためと、万一事故が起こっても昨年のような大きな被害が起こらないように、圧力を下げるための安全バルブをたくさん設置するためです。既存の場所に安全バルブを増やすのは磁石を冷却した状態で行うことができます（第一段階）。これだけでも事故が起こった場合の被害を大きく軽減できます。ただし完璧にするためには、すべての双極磁石付近に安全バルブをつける必要があり、この作業のためには各セクターを一度室温に暖めなければいけないため、時間がかかります（第二段階）。2009年の秋までにはすべてのセクターで第一段階を行った上で、8つのセクターのうち4セクターには第二段階まで行うことにしています。

　ヨーロッパは冬に電気代が高くなるので、通常は冬には加速器を運転しないのですが、今年の冬は、クリスマスの期間にちょっと止めるだけで連続運転を行う予定にしています。これによって、いろいろな物理の結果を出すのに必要なデータを2010年末までにとれると期待しています。

　今回のスケジュールは安全性を最優先事項としつつ、できるだけ物理成果を早期に出せるようにと配慮をした計画といえます。

　詳しい内容はプレスリリース本文をご覧ください（プレスリリース１，プレスリリース２）日本語訳をつけたバージョンもこちらからとれるようにしてあります。（訳1、訳２）。

　実験をする側の私たちも、10月に向けて測定器を最良の状態に持って行くように調整をしていきます。また、実験が始まると1年近い長丁場になります。その間に加速器の性能がどんどん上がっていくと考えられますので、急に輝度が増えても、きちんと重要なデータを取りこぼすことがないように、きちんと計画を立てていかないといけません。