Teilchenbeschleuniger: Pfusch an der Weltmaschine

Die Freude währte nur kurz. Am 10. September wurde in Genf der weltgrößte Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) am Europäischen Kernforschungszentrum Cern erstmals gestartet. 36 Stunden später musste die vier Milliarden Euro teure Supermaschine aufgrund eines Defekts an einem Transformator wieder abgeschaltet werden. Die Panne war schnell behoben. Am 19. September kam es erneut zu einem technischen Problem in einem der acht Kreissegmente, und der LHC musste abermals abgeschaltet werden. „Die Reparatur ist aufwendig, aber im nächsten Frühjahr läuft er wieder“, hieß es zunächst aus Genf. Dann wurde der Neustart auf Mai datiert. Wie das Cern jetzt mitteilt, werde die Anlage wohl erst Ende Juni betriebsbereit sein. Und das alles wegen einer schlechten Lötverbindung.

Nahezu mit Lichtgeschwindigkeit sollen Protonen – Bausteine von Atomkernen – auf dem 27-Kilometer-Rundkurs des LHC entlangschießen. Dazu muss der Teilchenstrahl, der eigentlich geradeaus fliegen würde, immer wieder auf eine Kreisbahn gezwungen werden. Das übernehmen starke Magnete, die mit flüssigem Helium auf weniger als zwei Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Erst bei dieser Kälte tritt das Phänomen der Supraleitung auf, das den Magneten die nötige Kraft gibt, die Teilchen zu bändigen. Nach der Panne ist das aber nicht mehr möglich.

Das flüssige Helium ist förmlich explodiert

„In dem betroffenen Sektor hat eine Lötverbindung nicht funktioniert“, sagt Klaus Mönig vom Forschungszentrum Desy in Zeuthen bei Berlin, der mit dem Atlas-Detektor am LHC Elementarteilchen einfangen will. „Dadurch hat sich der Widerstand in der Stromleitung erhöht, sie ist heiß geworden, und das flüssige Helium fing lokal an zu kochen.“ Dann hat es offenbar einen Funkenschlag gegeben, der die schützende Hülle um die Teilchenrennstrecke verletzt hat. „Über dieses Leck sind vier bis fünf Tonnen Helium in die Vakuumröhre gelangt“, berichtet Mönig. Im Gegensatz zu Wasser, das viel Wärme benötigt, um vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu wechseln, sei das Helium blitzschnell verdampft. „Das ist wie eine Explosion, allerdings ohne Flamme“, sagt der Physiker. Da die Überdruckventile offenbar zu klein bemessen sind, konnten sie der Druckwelle kaum ihre Wucht nehmen, so dass diese großen Schaden angerichtet hat. Gut 40 Magnete – jeder zwölf Meter lang und knapp einen Meter im Durchmesser – müssen nun ausgebaut und aus dem unterirdischen Tunnel nach oben gebracht werden. „Etwa die Hälfte wird man nach einem Funktionstest wieder einsetzen können, die übrigen müssen repariert werden“, sagt Mönig.

Alles in allem kostet das umgerechnet zwischen 16,5 Millionen und 20 Millionen Euro. Die Finanzierung der Reparatur sei durch den Haushalt des Cern gedeckt, sagte dessen Sprecher James Gillies Anfang dieser Woche in Genf.

Offensichtlich sind die Kosten der Eile in der letzten Bauphase des LHC geschuldet. „Der beschädigte Sektor war der einzige, der noch nicht für hohe Ströme konditioniert war“, sagt Mönig. Das sollte quasi nebenbei während der Pausen im Beschleunigerbetrieb passieren. Zu spät.

Ein großes Problem bei supraleitenden Geräten ist die lange Wartezeit nach Reparaturen. Damit die Techniker arbeiten können, wird die Anlage auf Raumtemperatur „erhitzt“. Anschließend dauert es zwei Monate, bis die Temperatur wieder auf unter minus 271 Grad Celsius heruntergefahren ist. So verursachen selbst kleine Eingriffe große Verzögerungen.

Aus Zeitgründen wurden nicht alle Messgeräte angeschlossen

Bezogen auf die schlechte Lötverbindung und deren Folgen sei die Zwangspause insgesamt nur drei Monate lang, sagt Mönig. Denn der LHC sollte im Winter ohnehin ruhen, da umfangreiche Wartungsarbeiten anstehen. Auch die sind teilweise auf die Hektik kurz vor Inbetriebnahme der Maschine zurückzuführen. Um den Starttermin nicht zu gefährden, seien beispielsweise im Atlas-Detektor nicht alle Messkammern für Myonen – das sind negativ geladene Elementarteilchen – angeschlossen worden, berichtet Mönig. Einige der Kammern hätten nicht richtig funktioniert, aber man habe einfach keine Zeit gehabt, nach fehlerhaften Steckverbindungen oder Mängeln im Kühlsystem zu suchen. Diese Probleme sollen jetzt ebenfalls behoben werden.

Die eigentliche Aufgabe des LHC, nämlich Protonen in entgegengesetzten Richtungen rotieren zu lassen, um sie dann zur Kollision zu bringen, wurde noch nicht erfüllt. Der Desy-Forscher glaubt trotzdem, dass das bald gelingt. „Wie bei allen großen Geräten werden wir noch ein paar Kinderkrankheiten kurieren müssen, aber dann wird der Beschleuniger laufen“, sagt Mönig. Seine Prognose für die erste Protonenkollision: September 2009. Ein Jahr nach dem ersten Start des LHC. 14 Jahre nach Baubeginn.