Fülöp, Evelin
8 °C
19 °C
Index - In English In English Eng

Reinkarnálódnak a részecskegyorsítók

2009.07.11. 13:18
A ma működő részecskegyorsítók közül több berendezésben is régebbi hasonló ütköztetők alkatrészei dolgoznak, de az is lehet, hogy a közeli kórház valamelyik drága műszerének is ilyen gép adta a lelket. Sőt, az is lehet, hogy az autónk karosszériáját is olyan acélból öntötték, ami korábban részecskegyorsítóban volt. A nagy kvantumfizikai kísérletek természetes velejárója az újrafelhasználás.

Néhány hónap múlva elindul a világ legnagyobb részecskegyorsítója, a Large Hadron Collider (LHC). Már másodszor, mert miután tavaly szeptemberben első alkalommal beindították, egy üzemzavar miatt bő egy évre le kellett állítani. Az elmúlt hónapokban több alkatrészt is ki kellett cserélni a – legóvatosabb becslések szerint is hárommilliárd eurós – berendezésben. A New Scientist utánajárt annak, mi történik egy részecskegyorsító elhasználódott alkatrészeivel, és kiderült, hogy az LHC-hoz hasonló berendezések körül virágzik az újrafelhasználás.

Maguk a részecskegyorsítók is sokszor egy már létező gyorsító helyére épülnek. Az LHC-hez például nem fúrtak új alagutakat, hanem a részecskefizikai kutatások európai intézete, a CERN egy korábbi részecskeütköztetője, az 1989 és 2000 között aktív LEP 27 kilométer hosszú körgyűrűjébe építették a gyorsítót: egyszerűen kicserélték a LEP korszerűtlen alkatrészeit az LHC modernebb mágneseire, detektoraira és más műszereire. A régi alkatrészek közül néhány – például a LEP egyik üregrezonátora vagy több, a részecskék észlelésére használt buborékkamra még a LEP előtti időkből – a CERN Microcosmos kiállítására került, a chicagói Fermilab intézetben pedig szívesen készítenek műalkotásokat felesleges alkatrészekből. De a teherré vált alkotóelemek nagy része kevésbé látványosan talál új gazdát.

A Tractricious című szobor a Fermilabnál
A Tractricious című szobor a Fermilabnál

Gyorsítófokozat jutányos áron elvihető

A lap példaként hozza fel, hogy mi lett a Superconducting Super Collider (SSC) egyik gyorsítófokozatának a sorsa. Az SSC az amerikai részecskefizika nagy kudarca: a 87 kilométer kerületűre tervezett, minden eddiginél nagyobbnak szánt gyorsítót 1991-ben kezdték építeni a texasi Waxahachie-ban, két év alatt 23,5 kilométert ástak ki az alagútjából. Addigra a 4,4 milliárd dollárosra tervezett költségvetés 12 milliárdra kúszott, ezért a kongresszus lelőtte a projektet (összesen nagyjából csak kétmilliárdot buktak így). A gyorsító első fokozata, a lineáris gyorsító, vagyis a linac viszont addigra elkészült. Miután biztossá vált, hogy nem építik tovább a gyorsítót, az SSC vagyonkezelői feladtak egy hirdetést a Commerce Business Daily-ben, és 1995-ben eladták a linacot cakkpakk 4,5 millió dollárért.

A vevő az International Isotopes cég volt, aminek a vezetője, Lon Morgan azért vásárolta meg a gyorsítófokozatot, hogy pénzt keressen vele. A vállalat ugyanis nehezen előállítható, viszont a gyógyászatban használt, és jó áron eladható izotópok gyártásával foglalkozik, készítenek többek között jód-123 izotópot, amit a megrendelő kórházak daganatos megbetegedések kiderítésére, szív- és tüdőszövet-vizsgálatra használnak.

A cég szakemberei egy teljes nyarat töltöttek Texasban, hogy lajstromba vegyék, tulajdonképpen mit is vásárolt a vállalat, majd 50 kamionra pakolták a linac alkatrészeit, és a Dallastól északra található Dentonba szállították ezeket, ahol az izotópgyártó berendezés felépült. Az új feladathoz jelentős átalakításokat is el kellett végezni a szerkezeten. A linac gyorsítóját ugyanis eredetileg arra tervezték, hogy másodpercenként tíz hidrogéniont lőjön az SSC-be, napi egy órán keresztül. Az izotópgyártáshoz azonban másfajta ionágyúra volt szükség, ezért átszabták megfelelő alkatrészeket. Az SSC egykori gyorsítófokozata így ma negyvenszer több hidrogéniont (azaz protont) pumpál, mint azt korábban tervezték, ráadásul napi 24 órán keresztül. A felgyorsított protonokat mágnesekkel irányítják különböző célpont anyagokba, így jönnek létre az értékes izotópok.

A LEP egyik üregrezonátora a CERN-ben
A LEP egyik üregrezonátora a CERN-ben

Vonzó árak

Nem egyedi a SSC-linac esete: amikor tavaly júniusban a Stanford Egyetem részecskefizikai intézete, a SLAC anyagi okok miatt leállította a kaliforniai PEP-II ütköztetőt és annak BaBar detektorát, rögtön akadtak érdeklődők a berendezés alkatrészeire. A Római Egyetem kutatói jelentkeztek, hogy megvennék a PEP-II mágneseinek 90 százalékát és további műszereket. Az olaszok azt tervezik, hogy egy SuperB nevű gyorsítót építenek Róma mellé az alkatrészekből, hogy elektronokat és pozitronokat ütköztessenek – ilyen ütközésekben sok b-mezon keletkezik, ezekkel a részecskékkel pedig jól lehet antianyag-vizsgálatokat végezni. A tervek szerint a legújabb technológiákkal kombinálnák a stanfordiak levetett berendezését, így a SuperB-ben sokkal több ütközést lehetne végezni, mint a PEP-II-ben.

A tárgyalások még folynak, de ha nem sikerül megegyezni az olaszokkal, akkor sem kell félniük a kaliforniaiaknak: ha máshogy nem, kilóra biztosan el tudják adni a berendezést. A PEP-II ugyanis két, 2,2 kilométer kerületű körgyűrűben található, az alagutakban pedig 1900 erős elektromágnes várja a sorsát. Ez rengeteg fémet jelent, akár az erős vasmagokra, akár a mágnesek réz- és alumíniumtekercseire gondolunk. Egészen pontosan 4200 tonna acélt, 448 tonna rezet és 135 tonna alumíniumot rejtenek a mágnesek, nyersanyagáron mindez nagyjából 2,5 millió dollárt ér. A részecskegyorsítókban levő fémek világpiaci ára ugyanis felment az utóbbi években. 2000 és 2006 között az acél például 130 százalékkal drágult, a réz 256, az alumínium 63, a titán pedig 389 százalékkal.

És akkor még nem is beszéltünk a ritka ötvözetekről. A BaBar detektorban négy, egyenként egy tonnás, nagyon erős szamárium-kobalt mágnes található, ezek legalább 300 ezer dollárt érnek. Viszont hiába lehetne aranyáron túladni rajtuk, valószínűleg nem lesz gazdájuk, ugyanis nagyon körülményes lenne ezeket a bivalyerős mágneseket biztonságosan szállítani. „Túl veszélyesek” – fogalmaz Kim Johnston, a hasonló mágneseket gyártó Master Magnetics szakértője. „Ha csavarhúzóval a zsebedben a mágneshez mész, simán felnyársal.”

A Gargamelle buborékkamra a hetvenes években működött
A Gargamelle buborékkamra a hetvenes években működött

Tudomány kilóra

A részecskegyorsító-alkatrészek tehát tömegük mellett szélsőséges tulajdonságaikkal is gondot okoznak. Például a radioaktivitással: a részecskegyorsítóban keletkező sugárzások ugyanis felaktiválhatnak bizonyos burkolati elemeket. Ezekre biztonságos temető vár, kereskedni ugyanis nem lehet velük. Ha megpróbálnák, se menne: a fémhulladék-telepek mérik, hogy a beérkező fém mennyire szennyezett radioaktív izotóppal. Sőt, Amerikában az energiaügyi minisztérium 2000-ben hozott egy törvényt, amely szerint a részecskegyorsítókban használt fémmel nem lehet szabadon kereskedni – függetlenül attól, hogy mennyire radioaktívak. Részecskefizikai laboratóriumok és bizonyos állami kutatóintézetek viszont cserélgethetik egymás között az alkatrészeket: a Fermilab illinoisi SciBoone neutrínó-laboratóriuma például szinte kizárólag újrafelhasznált elemekből épült.

Más országokban jellemzően nem ilyen szigorú a szabályozás, így például amikor 2007-ben leállt a hamburgi Hadron Elektron Ring Anlage (HERA) gyorsító és a hozzá tartozó ZEUS detektor, a berendezést működtető német részecskefizikai kutatóintézet, a DESY hulladékként is értékesíthetett minden olyan alkatrészt, ami megfelelt a német sugárzási előírásoknak. Ötven tonna kábelt, száz tonna acélt és hetven tonna alumíniumot adtak így el. „Csak azért nem többet, mert minden detektor egyedi céllal készült, és sok alkatrészt nem lehet sehogy újrahasznosítani” – mondja Uwe Schneekloth, a ZEUS technikai vezetője.

Így a ZEUS több alkatrésze kiállítási tárgy lesz, akárcsak a CERN-ben látható buborékkamrák. És valószínűleg az LHC megrongálódott vagy elhasználódott elemei közül sem lehet mindet értékesíteni orvostechnológiai cégeknél vagy akár a roncstelepen: lesznek olyanok, amik kiállítócsarnokban vagy vitrinben végzik. És tíz, húsz év múlva visszaemlékezhetünk, milyen felfedezésekhez juthattunk általuk.