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前沿|用时15年、耗资52亿:人类有史以来建造最复杂的机器

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发表于 2019-2-1 01:00:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
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欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器,是一种将质子加速对撞的高能物理设备,英文名称为LHC。LHC是人类迄今建造的最大最复杂的科学设备,它的建设历时15年,耗资52亿美元。

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大型强子对撞机坐落于日内瓦附近瑞士和法国的交界侏罗山地下100米深·总长27.2公里(含环形隧道)的隧道内。2008年9月10日,对撞机初次启动进行测试。

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大型强子对撞机是世界上最大、能量最高的粒子加速器,来自大约80个国家的7000名科学家和工程师。由40个国家建造。是一种将质子加速对撞的高能物理设备。

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为了节省成本,物理学家们没有开凿一条昂贵的新隧道来容纳新的对撞机,而是决定拆掉原来安置在欧洲原子核研究中心的正负电子加速器,代之以建造大型强子对撞机所需要的5万吨设备。

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LHC包含了一个圆周为27公里的圆形隧道,因当地地形的缘故位于地下50至150米之间。这是先前大型电子正子加速器所使用隧道的再利用,隧道本身直径三米,位于同一平面上,并贯穿瑞士与法国边境,主要的部分大半位于法国。

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虽然隧道本身位于地底下,尚有许多地面设施如冷却压缩机,通风设备,控制电机设备,还有冷冻槽等等建构于其上。

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加速器通道中,主要是放置两个质子束管。加速管由超导磁铁所包覆,以液态氦来冷却。

管中的质子是以相反的方向,环绕着整个环型加速器运行。除此之外,在四个实验碰撞点附近,另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。

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大型强子对撞机利用数千个种类不同,型号各异的磁体,给该加速器周围的粒子束指引方向。这些磁体中包括15米长的1232双极磁体和392四极磁体,1232双极磁体被用来弯曲粒子束,392四极磁体每个都有5到7米长,它们被用来集中粒子流。

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在碰撞之前,大型强子对撞机利用另一种类型的磁体“挤压”粒子,让它们彼此靠的更近,以增加它们成功相撞的机会。这些粒子非常小,让它们相撞,就如同让从相距10公里的两地发射出来的两根针相撞一样。

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2008年9月19日,LHC第三与第四段之间,用来冷却超导磁铁的液态氦,发生了严重的泄漏,导致对撞机暂停运转。最终,这次故障导致LHC停止运行14个月,直到2009年11月它才又重新开始运转。

来源:苍穹利器、直观学机械

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