Cutting Edge Technologies in Cern

Πρόγραμμα πολιτιστικών δραστηριοτήτων
Τεχνολογίες αιχμής που αναπτύσσονται και
εφαρμόζονται στο CERN και η συμβολή τους
στην ανθρώπινη πρόοδο
Ερευνητική εργασία Β’ Λυκείου Σχολικό έτος 2018-19
ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΒΑΜΟΥ

• To CERN αρχικά είχε την ονομασία (Conseil Européen pour la
Recherche Nucléaire) δηλαδή Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Πυρηνικής
Έρευνας ενώ σήμερα Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας.
• Είναι το μεγαλύτερο σε έκταση πειραματικό κέντρο πυρηνικών
ερευνών και σωματιδιακής φυσικής, στον κόσμο. Βρίσκεται δυτικά της
Γενεύης, στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας. Ιδρύθηκε το 1954 από
δώδεκα ευρωπαϊκές χώρες και σήμερα αριθμεί 22 κράτη-μέλη, μεταξύ
των οποίων και η Ελλάδα, η οποία είναι και ιδρυτικό μέλος.
• Το CERN ερευνά τα συστατικά της ύλης και το είδος των δυνάμεων
που την κρατούν ενωμένη. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν υψηλού
επιπέδου τεχνολογία όπως επιταχυντές που επιταχύνουν τα
μικροσκοπικά σωματίδια σε ταχύτητες λίγο μικρότερες από την
ταχύτητα του φωτός και ανιχνευτές που κάνουν τα σωματίδια αυτά
"ορατά". ΓΕΛ ΒΑΜΟΥ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΙΧΜΗΣ ΣΤΟ CERN, ΣΥΜΒΟΛΗ
ΣΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΠΡΟΟΔΟ

ΓΕΛ ΒΑΜΟΥ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΙΧΜΗΣ ΣΤΟ CERN, ΣΥΜΒΟΛΗ
Ο μεγάλος επιταχυντής αδρονίων (LHC)
Ο LHC (Large Hadron Collider) (Μεγάλος
Επιταχυντής Αδρονίων) έχει μια περίμετρο 27
χιλιομέτρων η οποία περιτριγυρίζεται από μαγνήτες οι
οποίοι διατηρούν την κυκλική τροχιά των σωματιδίων
καθώς αυτά επιταχύνονται. Ο LHC χρειάστηκε περίπου
10 χρόνια για να κατασκευαστεί και να τεθεί σε λειτουργία
και θα λειτουργεί περίπου μέχρι το 2030.
Ο επιταχυντής βρίσκεται σε βάθος 100 μέτρα από το
έδαφος καθώς ο φλοιός της γης, σε τέτοιο βάθος, παρέχει
θωράκιση από της ακτινοβολίες που εκπέμπει ο
εξωτερικός κόσμος.
Όλη η κατασκευή του είναι φτιαγμένη από υπεραγώγιμα
υλικά καθώς πρέπει να λειτουργεί σε σταθερή
θερμοκρασία των -271.1 βαθμών Κελσίου.

Λειτουργία Επιταχυντή
Σε όλη τη διαδρομή έχουν τοποθετηθεί δύο
σωλήνες μέσα στους οποίους επικρατεί υψηλό
κενό. Τους σωλήνες διατρέχουν οι δέσμες των
πρωτονίων κινούμενες αντίθετα. Για την
επιτάχυνση των πρωτονίων χρησιμοποιούνται
ηλεκτρικά πεδία μέσα από τα οποία κάθε φορά
που περνούν τα πρωτόνια κερδίζουν ενέργεια. Οι
διατάξεις αυτές ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικές
κοιλότητες. Για να αναγκαστούν τα πρωτόνια να
κινηθούν σε κυκλική τροχιά χρησιμοποιούνται
μαγνήτες που βρίσκονται σε όλο το μήκος της
διαδρομής.
Οι ηλεκτρομαγνήτες του CERN είναι οι ισχυρότεροι μαγνήτες που έχουν κατασκευαστεί.
Καθώς τα πρωτόνια κινούνται σε κυκλικές τροχιές επανέρχονται στις ηλεκτρομαγνητικές
κοιλότητες μετά από κάθε κύκλο και κάθε φορά κερδίζουν περισσότερη ενέργεια. Οι
δέσμες διασταυρώνονται και συγκρούονται σε τέσσερα σημεία στα οποία διεξάγονται τα
πειράματα.

ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΡΟΕΠΙΤΑΧΥΝΤΩΝ ΣΤΟ CERN
Στο σύστημα του CERN υπάρχουν συνολικά 5 στάδια
επιτάχυνσης των πρωτονίων και ηλεκτρονίων, που
αποτελούνται από 5 διαφορετικούς επιταχυντές.
Άτομα υδρογόνου από μία φιάλη τροφοδοτούνται με
ακριβή ρυθμό μέσα στον αρχικό θάλαμο ενός γραμμικού
επιταχυντή. Από τα άτομα αυτά αφαιρούνται τα ηλεκτρόνια
και αφήνουν μόνο πυρήνες υδρογόνου, δηλαδή τα
πρωτόνια. Επειδή είναι θετικά φορτισμένα μπορούμε να τα
επιταχύνουμε με ένα ηλεκτρικό πεδίο. Το ταξίδι τους για να
πάρουν μέρος σε μια υψηλής ενέργειας σύγκρουση που
μοιάζει με αυτές τις συγκρούσεις που ακολούθησαν το Big
Bang, έχει ξεκινήσει.
Αυτή η αρχική επιτάχυνση μοιάζει με το πρώτο στάδιο
εκτόξευσης ενός πυραύλου. Την ώρα που αυτό το πακέτο
πρωτονίων θα φύγει από τον επιταχυντή θα ταξιδέψει με το
ένα τρίτο της ταχύτητας του φωτός

Αφού το πακέτο των πρωτονίων φύγει από τον γραμμικό επιταχυντή, κατευθύνεται προς τον
προωθητή, το β΄ στάδιο επιτάχυνσής τους. Πριν τα πρωτόνια εισέλθουν στον προωθητή, για
να μεγιστοποιηθεί η ένταση της το πακέτο διαχωρίζεται σε τέσσερα μέρη, ένα για κάθε
δακτύλιο του προωθητή. Επειδή δεν είναι πρακτική η γραμμική επιτάχυνση, ο προωθητής
είναι κυκλικός με περίμετρο 157 μέτρα .
Για να επιταχυνθούν τα πακέτα, το ηλεκτρικό πεδίο εκτελεί παλμούς. Μαγνήτες ασκούν
δυνάμεις κάθετές πάνω στη διεύθυνση κίνησης των πρωτονίων. Έτσι, πολλοί ισχυροί
ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται για να κατευθύνουν τη δέσμη των πρωτονίων κυκλικά
στον προωθητή. Τα πρωτόνια επιταχύνονται μέχρι το 91,6% της ταχύτητας του φωτός και
συμπιέζονται το ένα κοντά στο άλλο.
Έπειτα από τον γραμμικό επιταχυντή, τα σωματίδια οδηγούνται σε ένα "δαχτυλίδι
αποθήκευσης" (EPA) όπου και συσσωρεύονται καθώς έρχονται και άλλα σωματίδια. Όταν
ένας επαρκής αριθμός ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων έχει συγκεντρωθεί στο δαχτυλίδι
αποθήκευσης, τα σωματίδια οδηγούνται σε έναν κυκλικό επιταχυντή, ο οποίος ονομάζεται
PS.

Έπειτα από τον προωθητή, τα πακέτα πρωτονίων διοχετεύονται στο επιταχυντή PS ο
οποίος έχει περίμετρο 628 μέτρα. Τα πρωτόνια παραμένουν σε αυτό για 1,2 δευτερόλεπτα
φτάνοντας το 99.9% της ταχύτητας του φωτός. Εδώ, πλέον, φτάνουμε σε ένα σημείο
μετάβασης όπου η ενέργεια που προστίθεται στα πρωτόνια από το παλλόμενο ρεύμα δεν
μπορεί να αυξήσει πλέον την ταχύτητα , αφού έχουμε φτάσει το όριο της ταχύτητας του
φωτός. Αντί για αυτό, η ενέργεια εκδηλώνεται ως αύξηση της μάζας. Εν συντομία, τα
πρωτόνια δεν μπορούν να πάνε γρηγορότερα και έτσι γίνονται βαρύτερα.
Τα πακέτα τώρα περνάνε στο δ΄ στάδιο, τον επιταχυντή SPS ένα τεράστιο δακτύλιο με 7
χιλιόμετρα περίμετρο, ειδικά σχεδιασμένο να δέχεται πρωτόνια αυτής της ενέργειας και να
την αυξάνει στα 450 GeV . Σε λίγο το πακέτο των πρωτονίων θα έχει αρκετή ενέργεια για
να μεταφερθεί στην τροχιά του γιγαντιαίου επιταχυντή LHC.

ΥΠΕΡΥΓΧΡΟΤΡΟ ΠΡΩΤΟΝΙΩΝ (SPS)
Το Υπερσύγχροτρο Πρωτονίων (SPS) είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος επιταχυντής στο
συγκρότημα επιταχυντών του CERN με περίμετρο περίπου 7 Κm.
Η έρευνα χρησιμοποιώντας τον SPS έχει εξετάσει
την εσωτερική δομή των πρωτονίων, διερεύνησε την
προτίμηση της φύσης για την ύλη από την αντιύλη,
έψαξε για ύλη όπως θα μπορούσε να ήταν στις πρώτες
στιγμές το σύμπαν και έψαχνε εξωτικές μορφές ύλης.
Ένα σημαντικό προβάδισμα ήρθε το 1983 με την ανακάλυψη βραβευμένων με το βραβείο
Νόμπελ σωματιδίων W και Z.

Βασικές ιδιότητες σωματιδίων
• Μάζα : είναι εγγενής ιδιότητα των φυσικών σωμάτων. Μάζα είναι η ποσότητα
της ύλης που περιέχεται σε ένα σώμα
• Σπιν: είναι η ιδιοστροφορμή των σωματιδίων. Πρόκειται για μια
κβαντομηχανική ιδιότητα χωρίς αναλογία στην κλασική μηχανική. Ενώ στην
κλασική μηχανική η στροφορμή είναι ιδιότητα που σχετίζεται με περιστροφές
εκτεταμένων αντικειμένων το σπιν δεν σχετίζεται με περιστροφές εσωτερικών
μαζών αλλά είναι εσωτερικό χαρακτηριστικό τού ίδιου τού σωματιδίου. Το
σπιν των σωματιδίων δεν αλλάζει
• Ηλεκτρικό φορτίο: εννοούμε μια ιδιότητα ορισμένων υποατομικών
σωματιδίων, η οποία καθορίζει τις μεταξύ τους ηλεκτρομαγνητικές
αλληλεπιδράσεις. Ένα υλικό σώμα που έχει ηλεκτρικό φορτίο, επηρεάζεται και
δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Το ηλεκτρικό φορτίο είναι μία ποσότητα
που είναι κβαντισμένη
ΓΕΛ ΒΑΜΟΥ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΙΧΜΗΣ ΣΤΟ CERN, ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΠΡΟΟΔΟ

Οι φορείς αλληλεπίδρασης είναι σωματίδια τα οποία μεταφέρουν τις τέσσερις θεμελιώδεις
αλληλεπιδράσεις. Όλοι οι φορείς είναι μποζόνια καθώς φέρουν ακέραιο σπιν. Τα σωματίδια
αυτά είναι το γκλουόνιο, το φωτόνιο, τα ενδιάμεσα διανυσματικά μποζόνια W ,Z και το
υποθετικό βαρυτόνιο.

• Tα γκλουόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια( μποζόνια)με σπιν 1, μηδενική μάζα
ηρεμίας και μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο . Είναι σωματίδια τα οποία
μεταφέρουν την ισχυρή αλληλεπίδραση , με την οποία αλληλεπιδρούν τα
κουάρκς, θεμελιώδη σωματίδια από τα οποία απαρτίζεται η ύλη. Είναι
ταυτόχρονα φορείς του ισχυρού πυρηνικού φορτίου και μεσάζοντες της
ισχυρής πυρηνικής δύναμης.
• Το φωτόνιο είναι το κβάντο στην κβαντομηχανική και φορέας των
ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων. Η συχνότητα ενός φωτονίου
καθορίζεται από την ενέργεια του. Αυτό που ουσιαστικά διαφοροποιεί τις
διαφόρων ειδών ακτινοβολίες μεταξύ τους είναι το ποσό της ενέργειας που
μεταφέρουν τα φωτόνια τους. Τα χρώματα, διαφοροποιούνται γιατί
"αποτελούνται" από φωτόνια διαφορετικής ενέργειας και κατά συνέπεια
διαφορετικής συχνότητας. Στο κενό κινείται με την ταχύτητα του φωτός, ενώ
μέσα σε υλικά η ταχύτητά του αλλάζει ανάλογα με τη φύση του υλικού. Το
φωτόνιο έχει μηδενική μάζα ηρεμίας και συμπεριφέρεται είτε ως κύμα είτε ως
σωματίδιο. ΓΕΛ ΒΑΜΟΥ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΙΧΜΗΣ ΣΤΟ CERN, ΣΥΜΒΟΛΗ

• Υπάρχουν δύο είδη μποζονίων W με ηλεκτρικό φορτίο +1 και −1. Το W+ είναι το
αντισωματίδιο του W−. Το μποζόνιο Z είναι ηλεκτρικά ουδέτερο και ταυτίζεται με το
αντισωματίδιο του. Και τα τρία σωμάτια ζουν πoλύ λίγο (10-25sec). Το κουάρκ "κορυφή" και
το μποζόνιο του Χιγκς, είναι τα μόνα βαρύτερα στοιχειώδη σωματίδια από αυτά τα
μποζόνια.
• Βαρυτόνιο είναι το υποθετικό στοιχειώδες σωματίδιο-φορέας της βαρυτικής
αλληλεπίδρασης. Εάν υπάρχει, το βαρυτόνιο πρέπει να έχει μηδενική μάζα ηρεμίας
(απαραίτητη για την άπειρη ακτίνα δράσης της βαρυτικής αλληλεπίδρασης). Για την
εξακρίβωση της ύπαρξης των βαρυτονίων πειράματα στοχεύουν στην ανίχνευση βαρυτικών
κυμάτων.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΣΤΟ CERN
Με τον όρο πειράματα στο CERN εννοούμε τη λειτουργία των ανιχνευτών που παρατηρούν
τις συγκρούσεις κι προσπαθούν να ανακαλύψουν νέα σωματίδια ή να εξηγήσουν τη
συμπεριφορά των ήδη γνωστών σωματιδίων.

• Το πείραμα Atlas είναι ένα από τα τέσσερα μεγαλύτερα πειράματα στον
Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Είναι ένα πείραμα Φυσικής που
χρησιμεύει για την εξερεύνηση των σωματιδίων. Η επιστημονική αναζήτηση
που κάνει το ATLAS χρησιμοποιεί μέτρα ακριβείας για να αναζητήσει
απαντήσεις σε βασικά ερωτήματα όπως:
• Από τι αποτελείται η ύλη;
• Ποιες είναι οι βασικές δυνάμεις της φύσης;
• Θα μπορούσε να υπάρχει κάποια πιο μεγάλη υποκείμενη συμμετρία στον
γαλαξία μας;
• Η ομάδα των φυσικών που δημιούργησαν και δρομολόγησαν τον ανιχνευτή
Atlas, δημιουργήθηκε το 1992. Ο ανιχνευτής ATLAS είναι μήκους 46 μέτρων,
διαμέτρου 25 μέτρων και ζυγίζει περίπου 7.000 τόνους. Περιέχει περίπου 3000
χιλιόμετρα καλωδίου.

Ο ATLAS γενικά είναι ένας ανιχνευτής που σκοπό έχει να εκμεταλλευτεί όλο το
δυναμικό της φυσικής που βρίσκεται πίσω από το Μεγάλο Επιταχυντή
Αδρονίων. Προσδιορίζει τις ενέργειες, τις διευθύνσεις καθώς και την
ταυτότητα των σωματιδίων που παράγονται από τις συγκρούσεις των δύο
δεσμών πρωτονίων.
Αναμένονται γύρω στο 1.000.000.000 συγκρούσεις το δευτερόλεπτο και ο
ρυθμός μεταφοράς των δεδομένων είναι ισοδύναμος με 20 τηλεφωνικές
συνδιαλέξεις όλων των κατοίκων της Γης συγχρόνως.
Oι υπολογιστές του ATLAS επεξεργάζονται τις πληροφορίες των
αποτελεσμάτων αρκετά γρήγορα ώστε να επιλέξουν μία από τις 10.000.000
συγκρούσεις που μπορεί να υποδηλώνει νέα φαινόμενα, και τελικά
καταγράφουν μόνο τις επιλεγμένες αυτές συγκρούσεις σε σκληρούς δίσκους
ή ταινίες.

Ο ανιχνευτής ATLAS αποτελείται από τρία κύρια μέρη:
τον εσωτερικό ανιχνευτή (κίτρινη περιοχή στο κέντρο): μετρά την ορμή του κάθε φορτισμένου σωματιδίου.
το καλορίμετρο (πράσινη και πορτοκαλί): μετρά τις ενέργειες των σωματιδίων.
το φασματόμετρο μιονίων (μπλέ): αναγνωρίζει μιόνια και μετρά τις ορμές τους

Το πείραμα CMS προέρχεται από το όνομα του ανιχνευτή Compact Muon Solenoid
ο οποίος μεταφράζεται ως Συμπαγές Μιονικό Σωληνοειδές. Είναι τοποθετημένος μέσα
σε μια υπόγεια σήραγγα στο γαλλικό χωριό Cessy, κοντά στα σύνορα με την Ελβετία,
στην περιοχή της Γενεύης. ‘Εχει κυλινδρικό σχήμα μήκους 21 μέτρων και διαμέτρου 16
μέτρων και ζυγίζει περίπου 12.500 τόνους.

Ο ανιχνευτής CMS από το κέντρο προς τα έξω αποτελείται από:
 έναν ανιχνευτή τροχιών από πυρίτιο
 έναν ηλεκτρομαγνητικό θερμιδομετρητή (ECAL) ο οποίος αποτελείται από
περίπου 80.000 κρυστάλλους από κράμα μολύβδου-βολφραμίου (PbWO4)
 έναν αδρονικό θερμιδομετρητή (HCAL) ο οποίος αποτελείται από
παρεμβαλλόμενα στρώματα πυκνού υλικού (ορείχαλκο ή χάλυβα)
 έναν υπεραγώγιμο σωληνοειδή μαγνήτη μήκους 13 μέτρων και διαμέτρου
μέτρων, ο οποίος παράγει ένα πεδίο έντασης 4Τ. Το μαγνητικό αυτό πεδίο
κάμπτει τις τροχιές των φορτισμένων σωματιδίων, επιτρέποντας το
διαχωρισμό τους και τη μέτρηση της ορμής τους

Το πείραμα Large Hadron Collider beauty (LHCb) ειδικεύεται στην
εξερεύνηση των μικρών διαφορών της ύλης (matter) και της αντιύλης
(antimatter) εξετάζοντας έναν τύπο σωματιδίου που ονομάζεται μπιουτι
κουαρκ (=beauty quark) ή κουαρκ b(=b quark).

• Ο ανιχνευτής LHCb ζυγίζει 5600 τόνους και αποτελείται από ένα
φασματόμετρο και επίπεδους ανιχνευτές. Έχει 21 μέτρα μήκος, 10
μέτρα ύψος, 13 μέτρα πλάτος και βρίσκεται 100 μέτρα κάτω από
το έδαφος κοντά στο χωριό Ferney-Voltaire στη Γαλλία. Περίπου
700 επιστήμονες από 66 διαφορετικά ινστιτούτα και πανεπιστήμια
κατασκεύασαν τον LHCb.

Το πείραµα ALICE (A Large Ion Collider Experiment), ένα από τα τέσσερα µεγάλα
πειράµατα στο µεγάλο επιταχυντή αδρονίων (LHC), έχει σχεδιαστεί για να µελετήσει
συγκρούσεις βαριών ιόντων και συγκρούσεις πρωτονίων, χρησιµεύουν σαν αναφορά για
τις συγκρούσεις βαριών ιόντων. Το πείραµα ALICE έχει σχεδιαστεί µε τέτοιο τρόπο, ώστε
να µπορεί να καταγράψει τα χιλιάδες σωµάτια που παράγονται συγχρόνως από
συγκρούσεις πυρήνων µολύβδου στις πολύ υψηλές ενέργειες του LHC.

Στο πείραμα ALICE πραγματοποιήθηκε μια πολύ ακριβής μέτρηση του λόγου (μάζα/ηλεκτρικό φορτίο) των
ελαφρών πυρήνων και αντιπυρήνων. Το αποτέλεσμα, που δημοσιεύθηκε στο Nature Physics, επιβεβαιώνει μια
θεμελιώδη συμμετρία της φύσης με μια πρωτοφανή ακρίβεια για ελαφρούς πυρήνες. Οι μετρήσεις βασίστηκαν
στις δυνατότητές του πειράματος ALICE να παρακολουθεί και να αναγνωρίζει σωματίδια που παράγονται σε
συγκρούσεις βαρέων ιόντων υψηλής ενέργειας στον LHC.

Το ηλιακό τηλεσκόπιο CAST (CERN AXION SUN TELESCOPE) είναι ένα πείραμα για την αναζήτηση υποθετικών
σωματιδίων που ονομάζονται "axions". Αυτά έχουν προταθεί από ορισμένους θεωρητικούς φυσικούς για να εξηγήσουν
γιατί υπάρχει μια λεπτή διαφορά ανάμεσα στην ύλη και την αντιύλη σε διαδικασίες που περιλαμβάνουν την ασθενή
αλληλεπίδραση. Εάν υπάρχουν axions, θα μπορούσαν να βρεθούν στο κέντρο του Ήλιου και θα μπορούσαν επίσης να
συνθέτουν αόρατη σκοτεινή ύλη. Αποτελείται από ένα σύστημα καθρέφτη εστίασης για τις ακτίνες Χ, το οποίο
ανακτήθηκε Γερμανικό διαστημικό πρόγραμμα, έναν ανιχνευτή ακτίνων Χ σε κάθε άκρο και μια κινούμενη πλατφόρμα
όπου προσθέτουν τις τελικές πινελιές για να μετατρέψουν τον μαγνήτη σε ένα τηλεσκόπιο που παρακολουθεί τον Ήλιο.

Η συμβολή του CERN στην ανθρώπινη πρόοδο και ανάπτυξη
Α) Τομέας ενέργειας:
● Σχάση νέας γενιάς (new generation fission)
● Αντιδραστήρες σύντηξης (fusion reactors)
● Καταστροφή ραδιενεργών αποβλήτων
● Ραδιοανιχνευτές (radiotracers)
Πυρηνική σχάση ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός
πυρήνας διασπάται σε δυο ή περισσότερους (μικρότερους) πυρήνες και σε μερικά
παραπροϊόντα σωμάτια (όπως νετρόνια). Η σχάση αποτελεί μια περίπτωση
μεταστοιχείωσης κατά την οποία παράγονται δύο πυρήνες με συγκρίσιμες μάζες. Στα
βαρύτερα στοιχεία η σχάση είναι εξώθερμη αντίδραση αποδίδοντας στο περιβάλλον
ενέργεια ως ακτινοβολία γ και ως κινητική ενέργεια των θραυσμάτων.

Η διεθνής επιστημονική κοινότητα έχει ρίξει μεγάλο βάρος της έρευνάς της στη
χαλιναγώγηση της ενέργειας της πυρηνικής σύντηξης. Αν καταφέρουμε και
ελέγξουμε πλήρως την αντίδραση της πυρηνικής σύντηξης θα λύσουμε οριστικά
το ενεργειακό πρόβλημα του πλανήτη μας. Διότι το καύσιμό μας στην
προκειμένη περίπτωση είναι το νερό. Με ελάχιστο κόστος έχουμε 12 γραμμάρια
δευτερίου σε κάθε 100 γαλόνια θαλασσινού νερού Η παραγωγή ηλεκτρικής
ενέργειας φθηνή, ακόμα και όταν ο αντιδραστήρας έχει πολύ χαμηλή
αποδοτικότητα. Για να θέσει σε παραγωγική λειτουργία ένα θερμοπυρηνικό
αντιδραστήρα ο άνθρωπος έχει πολλά προβλήματα ακόμα να λύσει, ώστε να
μπορεί να υπάρχει απόδοση έστω και για μικρό χρονικό διάστημα. Ο κύκλος του
πρωτονίου έχει ιδιαίτερα υψηλή απόδοση στον ήλιο αφού εκεί υπάρχουν
υψηλές θερμοκρασίες και πυκνότητες, στη γη όμως η κατάσταση είναι δύσκολη.

Τα ραδιενεργά απόβλητα, λόγω της επικινδυνότητάς τους για την ανθρώπινη
υγεία και το περιβάλλον, χρήζουν είτε άμεσης εγκεκριμένης διαχείρισης
απευθείας από τον παραγωγό τους. Αυτό μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:
 Με αποδέσμευση στο περιβάλλον, εφόσον οι ραδιενεργές ουσίες έχουν
εξασθενήσει σε τέτοιο βαθμό, ώστε να πληρούνται τα θεσμοθετημένα
επίπεδα αποδέσμευσης. Τα επίπεδα αποδέσμευσης έχουν τεθεί με κριτήριο,
ώστε οποιοδήποτε άτομο του πληθυσμού να μην δέχεται δόση ακτινοβολίας
πάνω από 10 μSv ανά έτος από το σύνολο των απελευθερώσεων των
ραδιενεργών ουσιών στο περιβάλλον. Στην κατηγορία αυτή εμπίπτουν,
κυρίως, τα ιατρικά νοσοκομειακά ραδιενεργά απόβλητα.
 Με διάθεση (δηλαδή μόνιμη και οριστική εναπόθεση, χωρίς πρόθεση
επανάκτησης) σε εγκεκριμένη εγκατάσταση διάθεσης ραδιενεργών
αποβλήτων.

Οι μετρητές ραδιενέργειας μετρούν την ακτινοβολία από ραδιενεργά υλικά (υπέδαφος,
φαγητό, δομικά υλικά, πλακάκια, πάγκοι γρανίτη, πυρηνικά ατυχήματα, ιατρικά μηχανήματα
κ.α.) καθώς και από το ραδιενεργό αέριο ραδόνιο που εκλύεται από το έδαφος, εισέρχεται
στα κτίρια από σωληνώσεις και ρωγμές και συσσωρεύεται ιδιαίτερα σε χαμηλούς ορόφους με
ελλιπή εξαερισμό. Ανεβασμένα επίπεδα ραδιενέργειας μπορεί να προκαλέσουν ναυτία, εμετό,
εγκαύματα, τριχόπτωση, στειρότητα, βλάβες στο ανοσοποιητικό σύστημα και αυξημένη
εμφάνιση συγκεκριμένων τύπων καρκίνου. Ειδικά για το ραδιενεργό αέριο ραδόνιο, που
βρίσκεται παντού, ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας αναφέρει ότι αποτελεί, μετά το
κάπνισμα, τη δεύτερη σημαντικότερη αιτία του καρκίνου του πνεύμονα (η πιο κοινή αιτία
θανάτου από καρκίνο).
Οι μετρητές ραδιενέργειας χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με το είδος ραδιενέργειας που
εντοπίζουν. Οι πιο συνηθισμένοι μετρητές ραδιενέργειας είναι τύπου Geiger – Muller. Για την
μέτρηση του ραδιενεργού αέριου ραδόνιου (σωματίδια άλφα), χρησιμοποιούνται ψηφιακοί
μετρητές ραδονίου, ανιχνευτές άλφα ή δοσίμετρα ραδονίου.

Β) Τομέας επιστήμης υλικών
Ο Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισµός (NMR) είναι ένα φαινόµενο που
συµβαίνει όταν πυρήνες ορισµένων ατόµων τοποθετούνται εντός ενός
οµογενούς, στατικού µαγνητικού πεδίου και διεγείρονται από ένα δεύτερο
ταλαντευόµενο µαγνητικό πεδίο. Οι περισσότεροι πυρήνες εµφανίζουν το
φαινόµενο NMR, άλλοι όχι. Αυτό εξαρτάται από το εάν οι πυρήνες έχουν
µαγνητικές ιδιότητες, όπως αυτές αντανακλώνται στην ιδιότητα του σπιν
(ιδιοπεριστροφή). Όπως σε άλλους φασµατοσκοπικούς κλάδους, έτσι και στη
φασµατοσκοπία NMR µελετάται η αλληλεπίδραση της ηλεκτροµαγνητικής
ακτινοβολίας µε την ύλη. Χρήση του φαινοµένου NMR γίνεται στη µελέτη
φυσικών, χηµικών και βιολογικών ιδιοτήτων της ύλης. Η φασµατοσκοπία NMR
βρίσκει εφαρµογές σε πολλούς επιστηµονικούς κλάδους και χρησιµοποιείται
σχεδόν αποκλειστικά από τους χηµικούς στη µελέτη της δοµής χηµικών
ενώσεων.

Γ) Τομέας πολιτισμού
Η μη επεμβατική μέθοδος ανίχνευσης της σύστασης έργων τέχνης είναι μια κατηγορία
τεχνικών ανάλυσης με ευρέως διαδεδομένη εφαρμογή σε πολλούς τομείς των μηχανικών
επιστημών, στην εξέταση της υπάρχουσας κατάστασης αλλά και των επεμβάσεων
συντήρησης σε πολιτισμικά έργα, στον έλεγχο αστοχιών σε δομικές κατασκευές κ.ά. Ο γενικός
όρος του μη καταστρεπτικού ελέγχου αναφέρεται στην εξέταση ενός αντικειμένου με
τεχνολογίες οι οποίες δεν επηρεάζουν τη μελλοντική χρησιμότητά του. Με άλλα λόγια, οι
τεχνικές αυτές δύναται να καθορίσουν την απουσία ή παρουσία συνθηκών και ασυνεχειών
που επηρεάζουν τη λειτουργικότητα του υπό εξέταση στόχου, χωρίς ταυτόχρονα να
τροποποιείται η υπάρχουσα κατάστασή του.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ανίχνευσης της σύστασης έργων τέχνης όπως:
Οπτικός έλεγχος, Διεισδυτικά υγρά, Έλεγχος με μαγνητικά σωματίδια, Ραδιογραφικός
Έλεγχος, Έλεγχος με Υπερήχους, Έλεγχος με Δινορεύματα, Θερμογραφικός Έλεγχος. Ο
επιταχυντής υψηλής συχνότητας για την εξέταση των αριστουργημάτων τέχνης
βασίζεται στην τεχνική εκπομπής ακτίνων Χ (PIXE) που προκαλούνται από πρωτόνια και
ξεπερνάει τους περιορισμούς της μεθόδου φθορισμού ακτίνων Χ.

Έτσι έχουν μελετηθεί αριστουργήματα του Leonardo da Vinci, του Antonello da
Messina, του Vasari, της Mantegna και άλλων καλλιτεχνών.

Ακτινογραφία νετρονίων
Επιτρέπει την ταχεία, μη καταστρεπτική, τρισδιάστατη εξέταση και
ανάλυση υλικών της γης και του πλανήτη και εφαρμόζεται σε πεδία από
την περιβαλλοντική γεωλογία έως τη γεωλογία του πετρελαίου, την
υδρολογία μέχρι την επιστήμη του εδάφους, την παλαιοντολογία στη
πετρολογία και τη γεωδυναμική μετεωρολογία. Έχει επηρεάσει την
κατανόησή μας για τις δεξαμενές υδρογονανθράκων, τη μεταφορά ρύπων,
την αλλαγή του κλίματος, τη δέσμευση CO2, την εξέλιξη της ζωής, την
άνοδο των φλοιών, τη μετάσταση, την πλανητική διαφοροποίηση και
πολλά άλλα.

Δ) Τομέας ιατρικής επιστήμης
Θεραπεία Πρωτονίων: Πρόκειται για μια μέθοδο ακτινοβόλησης των όγκων με
πρωτόνια (θετικά φορτισμένα σωματίδια), η οποία κατατάσσεται στις
ακτινοθεραπείες υψηλής ακρίβειας καθώς «στοχεύει» τον όγκο, προφυλάσσοντας σε
μεγαλύτερο βαθμό τούς γύρω υγιείς ιστούς, γεγονός που επιτρέπει τη χορήγηση
μεγαλύτερων δόσεων ακτινοβολίας.
Επιταχυντές σωματιδίων: Είναι διατάξεις, οι οποίες παράγουν δέσμες σωματιδίων
υψηλής ενέργειας χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Στην ιατρική, οι
επιταχυντές χρησιμοποιούνται με δύο τρόπους: στην απεικόνιση και στη θεραπεία.
Με την εμπειρία που έχει συσσωρευτεί στις πρωτοποριακές του εγκαταστάσεις, το
CERN σχεδιάζει έναν επιταχυντή πρωτονίων και ιόντων άνθρακα αποκλειστικά για
ιατρικούς σκοπούς, γνωστό ως PIMMS (Συσκευή Ιατρικής Μελέτης Πρωτονίων Ιόντων,
Proton Ion Medical Machine Study). Το πρόγραμμα αυτό είναι μια πραγματικά διεθνής
συνεργασία που φέρνει κοντά ερευνητές από το CERN, το γερμανικό εργαστήριο GSI,
το αυστριακό Med-AUSTRON, και τον ιταλικό οργανισμό TERA.

Η πρωτοποριακή έρευνα που πραγματοποιείται και εξελίσσεται, στο
πλαίσιο του πειράματος του CERN και οι επιπτώσεις της στην
καθημερινότητά μας είναι μεγάλο θέμα. Στις ιατρικές εφαρμογές,
που απορρέουν από την έρευνα στο CERN περιλαμβάνονται η χρήση
των επιταχυντών στην ιατρική, στα ραδιοφάρμακα, στην Τομογραφία
Εκπομπής Ποζιτρονίων (PET), και στους επιταχυντές πρωτονίων, που
χρησιμοποιούνται για τη ραδιοθεραπεία ή τη θεραπεία με αδρόνια.

Μελλοντικά σχέδια στο CERN
FCC CERN PROJECT (FUTURE CIRCULAR COLLIDER)
Η μελέτη για το Future Circular Collider αναπτύσσει σχέδια για έναν επιταχυντή
υψηλότερης απόδοσης για να επεκτείνει την έρευνα που διεξάγεται αυτή τη
στιγμή στο Large Hadron Collider (LHC), όταν φθάσει στο τέλος της διάρκειας
ζωής του. Ο στόχος του FCC είναι να προωθεί την ενέργεια και την ένταση των
σωματιδιακών συγκρούσεων, με στόχο την επίτευξη ενεργειών σύγκρουσης των
100 TeV, στην αναζήτηση της νέας φυσικής.

CLIC CERN PROJECT (COMPACT LINEAR COLLIDER)
Το CLIC είναι μια μελέτη για έναν μελλοντικό επιταχυντή που θα φτάσει σε
πρωτοφανείς ενέργειες για τα ηλεκτρόνια και την αντίστοιχη αντιύλης τους, τα
ποζιτρόνια. Όταν έρθουν σε σύγκρουση, θα εξαφανίσουν το ένα το άλλο,
απελευθερώνοντας όλη την ενέργεια τους για την παραγωγή νέων σωματιδίων. Ο
επιταχυντής θα έχει μήκος μεταξύ 11 και 50 χιλιομέτρων και προτείνεται να
κατασκευαστεί στο CERN, γύρω στο 2035.

Cutting Edge Technologies in Cern

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Cutting Edge Technologies in Cern

Similar to Cutting Edge Technologies in Cern (20)

More from lykvam

More from lykvam (20)

Cutting Edge Technologies in Cern