Сопротивление контакта

Кстати об аварии на LHC. Тем, кто дружит с электротехникой, будет наверно интересно узнать, какие сопротивления в сверхпроводящих магнитах считаются приемлемыми в Большом адронном коллайдере.

Прежде всего, при рабочей температуре сам сверхпроводящий кабель имеет нулевое сопротивление, но из-за необходимости механически соединять шины, несущие высокий ток, возникает сопротивление контактов.

У простого механического контакта двух металлов очень маленькое сопротивление, и кроме того, оно уменьшается с ростом прижимающей силы, но его вполне можно измерить, имея обычные советские вольтметр и амперметр, даже мне теоретику это когда-то удалось сделать :). У припаенного контакта наверно еще меньше. Но в обмотках магнита текут сильные токи, вплоть до 10 кА, поэтому приемлемое сопротивление определяется возможностями криогенной системы.

Криогенная система LHC, самая внутренняя, на сверхтекучем гелии, позволяет отводить локальное тепловыделение в 10 ватт. При токе в 10 кА это даёт сопротивление контакта 100 наноом. Поэтому безопасными являются контакты в несколько десятков наноом. Если сопротивление превышает 100 нОм, то начиная с некоторого момента гелий уже не может отводить всё тепло, часть тепла начинает поглощаться металлом, поддерживающим контакт (медь), он начинает нагреваться, нагрев передается сверхпроводнику, вызывая в какой-то момент его переход и -- бабах.

Впрочем, эта аварийная ситуация развивается не так быстро, как может показаться на первый взгляд. Уже после аварии были подняты все лог-файлы и было обнаружено, что температурные датчики начали регистрировать локальный рост температуры (на сущие милликельвины) еще за 5 минут(!) до аварии. Почему-то система была сконфигурирована так, что этому росту не придавалось большое значение. Отныне за таким ростом будут следить строго.

Измерения, проведенные по новой методике в тех секторах ускорителя, которые оставались холодными, показали, что подавляющее большинство контактов имеет сопротивление не более 10-20 нОм. Был обнаружен один контакт на 100 нОм в секторе 1-2, и соответствующий магнит уже заменили. Кроме того, еще один на 50 нОм был найден в секторе 6-7, его тоже решили заменить для пущей безопасности. У дефектного контакта в секторе 3-4, вызвавшего аварию, было сопротивление примерно 200 нОм.

Если кому интересно, вот доклад с прошедшей недавно конференции Chamonix-2009, полностью посвященный этим вопросам.