Гамма-излучение LHC от протон-протонных столкновений

Интернет-ресурсы по радиоактивности и гамма-излучению на БАК в первую очередь касаются утечек протонов, которые покидают луч и попадают в различные части ускорительного комплекса. Эти протоны активируют ядра, с которыми они сталкиваются, делая их радиоактивными. См., например, " Пристальный взгляд на LHC - Ионизирующее излучение ".

Другой проблемой радиационной безопасности на LHC или любом современном ускорителе частиц является гамма-излучение, производимое преднамеренно как часть нормальной физической работы ускорителя, то есть гамма-фотоны, возникающие в результате аннигиляции сталкивающихся частиц.

Если бы два сталкивающихся протона на LHC превратились в два фотона, каждый из них имел бы энергию фотона 6,5 ТэВ и частоту 1,57 × 10 27 Гц. Два исходных протона редко аннигилируют в два фотона; тем не менее, даже продукт аннигиляции, например бозон Хиггса, может распасться на два гамма-фотона, каждый с энергией 63 ГэВ и частотой 1,52 × 10 25 Гц. Такие гамма-лучи производятся миллионы раз в секунду во время нормальной работы LHC. Эти исключительно жесткие гамма-лучи на пять порядков более энергичны, чем гамма-излучение ядерного распада с самой высокой энергией, которое само по себе очень опасно для биологических систем.

Какие меры безопасности можно предпринять в этих условиях? Каково хорошее резюме защиты от этого типа излучения?

Ответы (2)

То, о чем вы говорите, называется "мгновенное излучение" (то есть происходит как непосредственное следствие нахождения луча).

Главное, что вы делаете в связи с этим, это закапываете ускоритель (метры утрамбованной земли создают очень хороший радиационный экран) и не позволяете людям находиться в туннеле, экспериментальных залах и близлежащих районах, пока работает луч (или на несколько секунд). минуты спустя). С этой целью все входы в эти зоны оборудованы и предназначены для остановки луча, если кто-то попытается получить доступ к охраняемой зоне; они называются «блокировками». Очевидно, это также предупреждает операторов.

Блокировки сделаны максимально простыми и надежными. Возьмем, к примеру, бытовую технику, блокировка крышки на моей стиральной машине — это простой переключатель, который должен быть замкнут, чтобы ток поступал к двигателю: компьютер ничего об этом не знает, поэтому ошибка программирования не может повлиять на это. . И это небезопасно: если выключатель сломается, питание будет выключено, а не включено. Те же основные требования предъявляются к блокировкам пучков на ускорителях.

К этому добавлена ​​схема временного доступа без демонтажа всей схемы защиты. Например, доступ осуществляется через двухдверные замки, и вы не можете открыть внутреннюю дверь, пока включен ускоритель, или открыть внешнюю дверь, если не включен ускоритель (блокировки перевернуты). Вы вынимаете ключ из специальной панели блокировки в замке, чтобы отключить ускоритель и открыть внутреннюю дверь. Основное правило: ваш ключ доступа — это ваша жизнь — пока он у вас в кармане, они не могут (не имеют разрешения, а фактически не могут) снова включить луч — так что держите его всегда при себе во время доступ. Аспект схемы «не могу открыть внешнюю дверь, пока не будет снова включен ускоритель» гарантирует, что вы уйдете со всеми людьми, с которыми вошли.

Конечно, выше аппаратного уровня есть уровни административной защиты. Осмотр ограждения перед запиранием, осмотр зоны доступа с помощью радиационных мониторов на столбах в начале доступа, камеры с дистанционным управлением, позволяющие видеть все части охраняемой зоны, индивидуальный вход и выход во время доступа и так далее.

Но основная защита защищает весь объект и удерживает людей от него, пока существует опасность.

Если бы два сталкивающихся протона на LHC превратились в два фотона, каждый из них имел бы энергию фотона 6,5 ТэВ и частоту 1,57 × 1027 Гц.

Не так сильно беспокойтесь о запланированных реакциях, они полностью сдерживаются детекторами. Это электромагнитный калориметр, адронный калориметр и детектор мюонов. В долгосрочной перспективе появятся проблемы облученных детекторов.

детектор LHC

Иллюстрация детектора CMS.

Электромагнитный предназначен для измерения энергии гамма-излучения и электронов, адронный суммирует все сильно взаимодействующие энергии частиц/струй. Выживают только мюоны, и есть метры и метры железа и поглотителей, чтобы их измерить. Выбраться могут очень немногие, да и взаимодействуют они в любом случае слабо.

В конце концов, нас постоянно бомбардируют космические мюоны.

Исследование долговременного накопления радиации на компонентах детектора детектора CMS было результатом диссертации, поэтому люди знают и заботятся о том, чтобы не превышать предельные значения, имея группу , ответственную за радиационную опасность вокруг детектора.

Хотя 4pi-детекторы на LHC, безусловно, являются надежной защитой, не все детекторы имеют такой всеобъемлющий характер, и даже в этом случае мусор с очень высокой скоростью все еще ускользает.
@dmckee они могут убежать только по трубе луча, поэтому они являются частью непреднамеренного излучения от трубы луча.