Mediatiedotteet - Tampereen teknillinen yliopisto

TTY:n ja CERNin yhteistyö syvenee tulevaisuuden hiukkaskiihdyttimien suunnittelussa

Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERN koordinoi kansainvälistä suurhanketta, jonka tavoitteena on suunnitella uuden sukupolven hiukkaskiihdytin. TTY:n tutkijat ovat mukana kehittämässä ja suunnittelemassa sen magneettien suojausta.
Poikkileikkaus dipolimagneetista LHC-tunnelissa. Magneetin sisällä on kaksi tyhjiöputkea vastakkaisiin suuntiin kiertäville hiukkassäteille. Kuva: CERN
Poikkileikkaus dipolimagneetista LHC-tunnelissa. Magneetin sisällä on kaksi tyhjiöputkea vastakkaisiin suuntiin kiertäville hiukkassäteille. Kuva: CERN

Tutkijat pääsevät tulevaisuudessa pureutumaan yhä syvemmälle luonnonlakien sekä pimeän aineen ja muiden universumin mysteerien olemukseen uuden hiukkaskiihdyttimen avulla. Suunnitteilla oleva hiukkaskiihdytin on monin verroin tällä hetkellä CERNissä toimivaa LHC:tä (Large Hadron Collider) tehokkaampi.

Kiihdytinteknologia perustuu voimakkaisiin suprajohtaviin magneetteihin, joita käytetään ohjaamaan hiukkassuihkua ympyränmuotoisella radalla. TTY:n Mallintaminen ja suprajohtavuus -ryhmän tutkijat ovat mukana kehittämässä ja suunnittelemassa magneettien suojausta niin sanotun quench-ilmiön varalta. TTY on ollut mukana tässä Future Circular Collider (FCC) -hankkeessa sen alusta eli vuodesta 2015 asti, ja nyt alkava lisäprojekti mahdollistaa yhden uuden tutkijan palkkaamisen.

Tällä hetkellä CERNissä toimiva LHC-kiihdytin on 27 kilometriä pitkä ympyrän muotoinen kiihdytin, jossa hiukkasia törmäytetään valtavilla energioilla.

– Kiihdytin toimii loistavasti. Se on täyttänyt odotukset muun muassa Higgsin hiukkasen ”löytymisessä”, mihin liittyi 2013 Nobelin Fysiikan palkintokin. Nyt suunniteltava uusi kiihdytin, työnimeltään Future Circular Collider (FCC), tulee toteutuessaan korvaamaan LHC:n arviolta noin 30 vuoden kuluttua. Sen avulla hiukkasfysiikan tutkimus voidaan tuoda ennen näkemättömälle tasolle, projektissa mukana oleva Suomen Akatemian tutkijatohtori Tiina Salmi TTY:ltä kertoo.

FCC:n sata kilometriä pitkässä kiihdyttimessä hiukkasten törmäysenergia olisi moninkertainen nykyiseen kiihdyttimeen verrattuna. Törmäysenergia, jota mitataan teraelektronivoltteina (TeV), tarkoittaa sitä energiaa, minkä kaksi lähes valonnopeuteen kiihdytettyä hiukasta, kuten protonia tuovat törmäyskohtaan. Törmäyksessä protonien rakenne hajoaa ja energiaa vapautuu.

– Fyysikoita kiinnostaa se, mitä tästä vapautuneesta energiasta muodostuu. Olosuhteet saattavat näissä pisteissä olla hyvin lähellä alkuräjähdystä. Mitä enemmän teraelektronivoltteja, sitä enemmän tutkittavaa, Salmi kertoo.

Magneettien suojaus ratkaisevan tärkeää

Yksi tärkeimpiä komponentteja tulevaisuuden kiihdyttimessä ovat voimakkaat suprajohtavat magneetit, joiden avulla suurienergistä hiukkassuihkua ohjataan kiihdyttimen sisällä. Magneettien suunnittelussa taas yksi kriittisimpiä huomioon otettavia asioita on niiden suojaus niin kutsutun quenchin, eli yllättävän suprajohtavan tilan häiriön ja siitä seuraavan voimakkaan lämpenemisen tapauksessa. TTY:n tutkijat ovat tärkeässä roolissa tämän quench-suojauksen suunnittelussa.

Salmen lisäksi TTY:ltä mukana FCC:n quench-suojausta suunnittelemassa on tohtori Antti Stenvall. Yhdessä he ovat tutkineet magneettien suojausta ja ohjanneet magneettien suunnittelijoita niin, että uudet magneetit on ylipäänsä mahdollista suojata. Nyt alkavan lisäprojektin tavoitteena on tarkoitus analysoida jo testatuista prototyyppimagneeteista mitattuja tehoja erilaisille quench-suojauksille, tuottaa uusia työkaluja testitulosten tehokkaampaan analysointiin sekä varmistaa kokeellisesti, että magneettien suojauksen suunnittelu tehdään parhaalla mahdollisella tavalla.  Työssä käytetään CERNin LHC:n tehon parannukseen suunniteltuja magneetteja, joiden suojausta TTY-läiset ovat myös olleet suunnittelemassa.

– Yhteistyön syventäminen on luottamuksen osoitus, ja erittäin motivoivaa tutkijalle. Olemme työskennelleet suprajohtavien magneettien suojauksen parissa vuosia, ja tämä projekti mahdollistaa ryhmämme vahvistamisen ja asiantuntemusalueidemme kehittämisen. Tähän projektiin saimme mukaan tohtori Timo Tarhasaaren, ja innolla odotan hyviä tuloksia jo kevään aikana, Tiina Salmi sanoo.

Lisätietoja: Tutkijatohtori Tiina Salmi, puh. 040 8490415,

Uutisen jättäjä: Sanna Schildt
Asiasanat: tiede ja tutkimus, palvelut ja yhteistyö, työssä tty:llä, tietoa tty:stä, sähköenergiatekniikka