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3D打印如何幫助CERN科學家升級世界上最大的粒子加速器

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3D打印如何幫助CERN科學家升級世界上最大的粒子加速器

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發布時間:
2021/01/14

為大型強子對撞機製造微小、高度複雜的組件絕非易事。CERN的科學家找到了3D打印的解決方案。

在過去的五年中,安東尼奧·佩萊格裏諾(Antonio Pellegrino)一直在從事高壓工作:科學家正在領導對功能最強大的粒子加速器進行升級,該粒子加速器位於法瑞邊界歐洲核子研究組織(CERN)的下方一百米。   

 

通常被稱為大型強子對撞機(LHC),該加速器是一個27公裏長的環,其中質子和電子等粒子彼此高速投射,重現了十分之一秒的存在條件。大爆炸之後–加速器內裝有各種高精度探測器,所有這些都可供現代科學家觀察。   

 

大型強子對撞機在2015年被暫停,以供工程師和醫生尋找提高加速器探測器精度的方法。最終目標?不僅要了解問題,而且要對宇宙的起源有更好的見識。

 

為此,佩萊格裏諾(Pellegrino)求助於一項目前用於設計從食品,時尚到人體細胞的產品的技術:3D打印。由於與技術公司3D Systems的合作,LHC的某些部分已經從3D打印機中脫穎而出,作為加速器探測器冷卻係統設計的一部分。至關重要的是,印刷零件可以滿足薄型組件的嚴格要求,而又不影響回彈力-這是傳統手工工藝幾乎不可能滿足的條件。

Pellegrino告訴記者:“問題的有趣組合導致我們進行3D打印。” “我們花了兩年的時間試圖製造出滿足我們要求的原型,才意識到它太費力了,而且再現性不夠。那時候我們開始考慮也許3D打印可能是我們的選擇。”

 

通過選擇,3D打印成為解決方案。3D Systems的打印機成功用於生產極輕的鈦棒,其寬度為1.6毫米,壁厚為0.1毫米。這些條將安裝在檢測器上,並將用於將係統冷卻至-40°C,以確保結果不會因熱幹擾而改變。

 

佩萊格裏諾(Pellegrino)的工作專注於特定類型的LHC檢測器,該檢測器用於一項名為大型強子對撞機美女(LHCb)實驗的研究。這項研究著眼於一種叫做美誇克的粒子,以了解物質與其神秘的對應物反物質之間的區別。反物質是在宇宙原始時期與粒子並存的反粒子,如今這種反粒子嚴格地在專家的範圍內產生實驗室。

 

“物質和反物質在平等的基礎上開始,但是今天,我們隻有一種類型。那麽另一種類型又去了哪裏呢?” 問佩萊格裏諾。

 

為了確切地回答這個問題,大型強子對撞機產生了數十億個美容誇克粒子,以及與之相當的被稱為反美誇克的反物質,它們在大爆炸之後都是很常見的。簡而言之,LHCb檢測器的作用包括記錄有趣的粒子編排,這些編排是在產生美麗和反美誇克並隨後在LHC內部衰減時發生的。

 

誇克是不穩定的且壽命短:在眨眼之間,它們會分解成其他顆粒。觀察這一過程可以為科學家提供線索,說明為什麽物質似乎戰勝了反物質,並且從長遠來看,可以更好地理解宇宙的創造。

 

佩萊格裏諾說:“物質和反物質的行為之間的差異很小,要觀察它,就需要越來越好的儀器。” “為此,我們希望構建一個更好的檢測器。您可以將其視為一張照片-您希望看到越來越清晰的圖像。這就是它的意義。這就是為什麽我們要進行如此巨大的技術升級。”

 

(本文來源:中國核技術, 如需轉載,請注明原出處。)