Strahlfokussierung und Ablenkung

1. Der Wochenrückblick

Was geschah alles in der vergangenen Woche? Na ja, mittlerweilen sind es gar drei Wochen. Claude Nicollier wurde in der Ukraine brutal überfallen. BR Merz lächelt und die Schweiz kriegt Haue. Ich kam wieder einmal im Fernsehen, als Tagungsteilnehmer, in der Rundschau vom Mittwoch von vorletzter Woche (“Dörfer unter Strom”). Trotzdem verzichte ich auf eine Einbindung des Videos hier auf dem Blog, da der Beitrag absolut schlecht/einseitig ist und überhaupt nicht die Stimmung der Tagung wiedergibt (Alternativer Link). Man muss allerdings schon genau hinschauen, dass man mich sieht. Basel hat den schönsten Veloweg Europas. Wir wissen nun, weshalb man die Armbanduhr links trägt. Dann waren auch diverse Sportereignisse, aber die kommentiere ich nicht. Zürich zerfällt, da hilft nicht mal der Böögg. Der Trubel um die Schweinegrippe verunsichtert die Bevölkerung (Lieber Blogleser, mach doch mal eine Liste mit allen Personen und Firmen, die von der Schweinegrippe profitieren — dann wird einiges klarer!) Andererseits gibt es da ein ETH-Interview mit jemand, der es wissen muss. Unbedingt lesen. Und wenn wir gerade bei der ETH sind: Sie hat einen Grund, weshalb sie zu Europas besten Unis gehört. Yahoo zieht Geocities den Stecker. Mit alter Computerhardware lässt sich prima musizieren. Um den Oberindianer wird’s ruhig. Und, ach so, die BVB und BLT bestrafen Leute, die im Tram essen, weil sie zu faul sind, ihre Trams regelmässig zu reinigen. Ziemlich kurzsichtiger Entscheid. Was passiert, wenn man dem öV genau die Vorteile wegnimmt, die er gegenüber dem Auto noch habt? Alternativ könnte man einführen, dass all den Erstklässlern das Essen gestattet wird, damit diese auch im Nahverkehr einen Mehrwert hätten… Na ja, man könnte wenigsten WiFi durchgehend einführen. Und, last but not least, es gibt ein neues Funsportgerät, das Bockerl. Ich las in einem Spiegel-Artikel davon; muss ich unbedingt mal testen. Nur schade, dass Florida topfeben ist.

Was macht mein Nehalem-Computer? Meine GTX-260 (55 nm) ist glücklicherweise nicht vom sogenannten Heatbug betroffen. So weit, so gut. Trotzdem liegt sie in sämtliche Einzelteile zerlegt, verstreut in meiner Wohnung in Basel und im Büro in Zürich. Grund: Ich wollte den Wasserkühler montieren, doch dieser passt hinten und vorne nicht. Leider sieht man das erst, wenn man den ursprünglichen Lüfter demontiert und damit die Garantiesiegel bricht. Ich habe bereits viele Stunden mit sägen, feilen, bohren, hart- und weichlöten verbracht, aber bisher erfolglos. Ich mag gar nicht daran denken, wieviel Geld und Zeit (und Nerven) ich bereits investiert habe. Wahrscheinlich hätte ich besser, gemäss der alten IT-Wahrheit “No one ever got fired for choosing IBM”, einen Komplett-Computer kaufen sollen. Mein einziger Komplett-Computer ist eben mein IBM Thinkpad X40 und davon bin ich nach wie vor begeistert.

2. Der Large Hadron Collider — Teil 2

Nun aber zurück zum LHC, wie versprochen. Wie im letzten Beitrag erwähnt, ist eine hohe Strahlqualität wichtig, um genügend oft Kollisionen detektieren zu können. Leider stossen sich die Teilchen gegenseitig ab, da sie die gleiche Ladung aufweisen (Coulomb-Kraft). Zudem werden bei den Ablenkmagneten die Teilchen je nach Geschwindigkeit unterschiedlich stark abgelenkt. Das bedeutet also, dass der Strahl divergiert und so regelmässig neu fokussiert werden muss. Dazu dienen 392 Quadrupolmagnete, im Durchschnitt also alle 69 m ein Quadrupolmagnet. Ganz so simpel ist die Sache aber nicht: Ein Quadrupol fokussiert immer nur in einer Ebene, in der anderen streut er sogar zusätzlich. Dies erreicht man durch ein stark inhomogenes Feld, welches mittels vier Magneten erreicht. Diese sind so in der Ebene senkrecht zum Strahl angeordnet, dass sie zwei um 90° verdrehte, sich im Strahlorbit kreuzende Magnetfelder überzeugen (sozusagen ein “X”).

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie man die Quadrupole hintereinander anordnet. Im LHC wurde die FODO-Anordnung gewählt, wobei “F” für “fokussieren horizontal” (= defokussieren vertikal) und “D” für “defokussieren horizontal” (= fokussieren vertikal) steht. Die Driftstrecken “O” werden für die Strahlablenkung genutzt, sonst wird daraus nie ein Kreis. Dazu dienen insgesamt 1232 Dipolmagnete. Jeder lenkt den Strahl um 0.3° ab. Wer mitrechnet, merkt, dass zwischen zwei Quadrupolmagneten drei Dipolmagnete zu liegen kommen, wobei sich 56 Dipole noch irgendwo verstecken (vielleicht auf der Einschussstrecke oder immer an Ein- und Ausgängen zu den 8 Kavernen). Am besten studiert man die Grafik (Quelle: LHC Design Report), wobei “MB” für Ablenkmagnet (Dipol) und MQ für die Quadrupol steht. Interessant sind auch die Abmessungen. Man stellt fest, dass insgesamt nur 1232 * 14.3 m = 17.6 km aktive Ablenkstrecke bestehen, d.h. fast 10 km des Beschleunigers sind ablenkfreie Zonen (Fokussierung, Beschleunigung, Experimente…). Kleiner Hinweis am Rande: Ich bin mir nicht sicher, ob wirklich die aktive Länge oder doch eher die geometrischen Abmessungen der Dipole nun 14.3 m betragen. Vielleicht weiss das ja ein Leser.

Nun haben wir ein Problem: Im letzten Blog-Eintrag rechnete ich die magnetische Steifigkeit mit 5.5 T durch, was auf 27 km Ablenkumfang hinausläuft. Da wir ja aber nur einen aktiven Ablenkumfang von 17.6 km (Ablenkradius 2813 m) haben, müssten wir deutlich stärkere Magnete mit B = E / (q c r) = 8.29 T haben (bei Kollisionsenergie). Dies wäre zwar mit NbTi bei 2.2 K zu erreichen, steht aber im Widerspruch mit den auf der Website publizierten Daten. Ich schrieb diesen Text bereits vor einigen Tagen und studiere seither am Problem rum. Vielleicht ist die Angabe zur Energie einfach falsch? Die vielen Neuner (in v = 0.999999991 c) sind sowieso unübersichtlich und täuschen eine Genauigkeit vor, die wahrscheinlich gar nicht mit den Tatsachen übereinstimmt. Falls es ein Leser genauer weiss, freue ich mich natürlich auf die Berichtigung. Im nächsten Blog-Eintrag dann weitere Dateils zu LHC.

3. Der Link der Woche

Vor knapp zehn Jahren befasste ich mich an der EPFL bereits einmal mit Biolumineszenz. Kürzlich erschien im Spiegel ein Artikel zur Biolumineszenz, den ich Euch nicht vorenthalten möchte. Die Grundlagen dazu sind auf einer extra dafür gestalteten Webseite der University of California, die übrigens bereits damals vor knapp zehn Jahren existiert hat (und das Layout ist glaub gleich geblieben :-)

 

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