Wird der Large Hadron Collider "explodieren", wenn die Leistung zu hoch eingestellt wird?

Im Fall des LHC kann der Strahl ziemlich viel Schaden anrichten.

Bei voller Leistung sind etwa 350 MJ im Strahl gespeichert - in der Nähe eines Güterzugs oder ungefähr der kinetischen Energie eines vollen Jumbo-Jets beim Start. Es gibt ein sehr komplexes Sicherheitssystem, um den Strahl sicher abzuladen und schließlich die Strahlenergie in einen großen Graphitblock innerhalb eines viel größeren gekühlten Metallblocks innerhalb eines sehr großen Betonblocks zu lenken.

Ohne dies könnte jede Instabilität des Strahls dazu führen, dass er die Wand der Vakuumröhre trifft, wo er sie durchschneidet und dann durch die Magnete wie ein heißes Messer durch Butter oder tatsächlich wie ein hochintensiver Strahl relativistischer Protonen durch supraleitende Magnete, die ist beeindruckender und viel teurer.

edit: Detail des Beam Dumps unten, Entschuldigung, ich erinnerte mich offensichtlich halb an einen Vortrag über die Löschschutzheizungen.

http://lhc-machine-outreach.web.cern.ch/lhc-machine-outreach/components/beam-dump.htm

Ich nehme an, der Large Hadron Collider funktioniert so ... Bei geringer Leistung gewinnen die Teilchen an kinetischer Energie, nehmen aber nicht sehr an Masse zu, sodass Newtons Gleichungen für diese Situation gültig sind. Wenn es jedoch auf hohe Leistung geschaltet wird, erhöht jede zusätzliche Ausgangsleistung des Colliders, da die Partikel zur Lichtgeschwindigkeit neigen, hauptsächlich die Masse der Partikel und ihre kinetische Energie nimmt überhaupt nicht (oder nur sehr wenig) zu. Deshalb können diese hochenergetischen Teilchen einen ziemlichen Schlag versetzen. Es ist so, als würde man ein Auto nehmen und es so antreiben, dass es sich in einen riesigen Güterzug verwandelt.

Wie in den obigen Kommentaren erwähnt, ist es ein Missverständnis, dass die Masse bei sehr hohen Geschwindigkeiten zunimmt. Eine bessere Erklärung, die ich Ihnen geben kann, ist ein Blog, den ich Ihnen dringend zum Lesen empfehle, Relativistic Mass .

Die Energie-Güterzug-Idee ist wahr, aber der Punkt hier ist, dass dies nur wegen der Energiekonzentration in einem winzigen Bereich, dem extrem kleinen Querschnitt des Aufpralls, der Fall ist. Du kannst eine Fliege leicht mit deiner Hand platt drücken, aber einen Elefanten mit der gleichen Handkraft zu treffen, wird dem Elefanten nicht schaden, wenn er es überhaupt bemerkt hat.

Jede Explosion ist dramatisch, um pedantisch zu sein, wie in den obigen Kommentaren angemerkt, es ist ein Versagen des Kühlsystems, das die Gefahr darstellt, nicht die Energie, die mit dem Strahl selbst verbunden ist.

In den Magneten, mit denen der Strahl gelenkt und gesteuert wird, wird weitaus mehr Energie verbraucht als beim Aufeinanderprallen von Elementarteilchen. Meine Antwort lautet also nein, der Strahl selbst wird keine Explosion verursachen, aber ja, ein Ausfall der Unterstützungssysteme könnte dies tun.

Aus dem Stromverbrauch des LHC

Für den Betrieb des LCH werden 120 MW benötigt – ungefähr so ​​viel wie der gesamte Kantonsstaat Genf verbraucht. Benötigen Sie einen besseren Vergleich? 120 Megawatt entsprechen der Energie, die von 1,2 Millionen 100-Watt-Glühlampen oder 120.000 durchschnittlichen kalifornischen Haushalten verbraucht wird. CERN schaltet das System im Winter wegen des damit verbundenen Stromverbrauchs ab.

Bildquelle: LHC: Genauer hingeschaut

Hier landet der Strahl nach einem Beschleunigerlauf. Es ist möglicherweise nicht intuitiv, aber ein leichter Graphitblock mit hohem Schmelzpunkt wird verwendet, um die Energie des Strahls zu absorbieren. Wenn Blei oder ein anderes Metall verwendet wurde, würde es schmelzen, und nach jedem Durchlauf wäre eine schmutzige Reinigung und ein Ersatzblock erforderlich. Dieser Graphitblock soll die Lebensdauer des LHC überdauern.

Das einzige, was explodieren könnte, sind die Magnete. Wie von Countto10 erwähnt, ist in diesen Magneten eine riesige Menge an Energie gespeichert. Es werden supraleitende Magnete verwendet, die mit flüssigem Helium gekühlt werden. Aufgrund eines Problems mit der Kühlung kann es vorkommen, dass ein Teil eines Drahtes plötzlich vom supraleitenden Zustand in den Normalzustand übergeht. Der enorme Strom, der sich durch die Drähte bewegt, wird dann an dieser Stelle abgeführt und erzeugt eine enorme Wärmemenge, die dazu führt, dass das flüssige Helium außergewöhnlich schnell siedet, sein Volumen um einen Faktor von ~ 800 ausdehnt, das verbleibende Helium erhitzt, es zum Sieden bringt , und bewirken daher, dass der gesamte Magnet im Wesentlichen explodiert.

Wenn die Leistungsabgabe des Large Hadron Collider unendlich wäre [...] würde er schließlich "explodieren", wenn die Leistung zu hoch eingestellt wird?

Ja – jedes hypothetische Objekt, das in der Lage ist, unendlich viel Energie zu erzeugen, würde „explodieren, wenn die Leistung zu hoch eingestellt wird“, weil eine extrem hohe Ausgangsleistung ziemlich genau die umgangssprachliche Definition des Wortes „Explosion“ ist.