CERN --
Europejskie Laboratorium Fizyki Czastek
Pierwsza strona Poczatek 
 tematu

Zastosowania uboczne w życiu codziennym

Obrazowanie medyczne Leczenie raka, obrazowanie medyczne i przemysłowe, obróbka promieniowaniem, elektronika, przyrządy pomiarowe, nowe materiały i procesy wytwarzania, techniki konserwacji żywności, eliminacja produktów toksycznych - to tylko kilka z wielu zastosowań technologii powstałych w CERN dla potrzeb badań w fizyce cząstek.

Zastosowania akceleratorów

W wielu ośrodkach wykorzystuje się synchrotrony protonowe i jonowe do leczenia raka. CERN przekazuje krajom członkowskim swoje doświadczenie w zakresie projektowania i działania tych akceleratorów w ramach projektu "Badania protonowo-jonowych urządzeń medycznych" prowadzonego we współpracy z GSI (Niemcy), Med-AUSTRON (Austria) oraz TERA (Włochy)Ostrzezenie: wyjscie ze stron
publicznych. Projekt ten zainicjował Ugo Amaldi, jeden z czołowych fizyków CERN-u. Znaczenie tego rodzaju zastosowań akceleratorów jest oczywiste. Szacuje się, że jedna osoba na osiem w krajach zachodnich w ciągu swojego życia jest leczona za pomocą akceleratora. Zamówienia urządzeń do radioterapii, których działanie opiera się na liniowych akceleratorach, dotyczą kwoty ponad miliard dolarów rocznie. Społecznej wartości nie da się wyrazić pieniędzmi.

Jednym z najbardziej obiecujących potencjalnych zastosowań akceleratorów cząstek jest czyste i bezpieczne wytworzenie niemal niewyczerpanej energii. Pomysł ten polega na połączeniu akceleratora cząstek z reaktorem jądrowym. Autorem tego pomysłu jest Carlo Rubbia, były dyrektor generalny CERN-u.

Pomysł jest prosty i polega na wytwarzaniu neutronOw niezbędnych do rozszczepienia jąder atomowych przy pomocy akceleratora cząstek. Zamiast uranu jako paliwa jądrowego można użyć toru, pierwiastka występującego dość powszechnie i łatwego do ekstrakcji. Ma to wiele zalet. Najważniejsze, że nie jest to reakcja przebiegająca samoistnie i nie grozi więc wymknięcie się jej spod kontroli, jak zdarzyło się to w Czarnobylu. W przeciwieństwie do konwencjonalnych reaktorów maszyna Rubbii potrzebuje energii do podtrzymania reakcji. Ale energii wyprodukowanej przez to urządzenie będzie kilka razy więcej niż energii dostarczonej, dlatego Rubbia nazwał swoje urządzenie 'wzmacniaczem energii'.

Najważniejszą różnicą pomiędzy wzmacniaczem energii i konwencjonalnym reaktorem jądrowym jest średnia liczba neutronów powstałych przy rozpadzie jądra. W konwencjonalnych reaktorach używa się mieszanki rzadkiego izotopu uranu-235 i bardziej powszechnego izotopu uranu-238. Uran-235 stanowi mniej niż 1% naturalnie występującego w przyrodzie uranu, a jego wydobycie jest bardzo kosztowne. Kiedy atom uranu-235 pochłania neutron, rozpada się na lżejsze pierwiastki emitując energię i dwa lub trzy neutrony. W uranie-238 jest podobnie, zamienia się on w pluton, co stwarza problem jego składowania i bezpieczeństwa. Emitowane neutrony wywołują rozpad kolejnych jąder, a przez to uwalnianie coraz większej ilości energii i neutronów - reakcję łańcuchową. Ponieważ całkowita liczba neutronów rośnie z każdą reakcją rozszczepienia, neutrony muszą być zbierane przez kontrolne pręty grafitowe, żeby reakcja nie wymknęła się spod kontroli.

We wzmacniaczu energii atomy toru pochłaniają neutrony i dzielą się, emitując energię. Neutrony są również emitowane, ale jest ich zbyt mało, aby utrzymać reakcję. Jeśli zewnętrzne źródło neutronów nie będzie ich wysyłać, reakcja po prostu wygasa.

W 1993 roku Rubbia utworzył grupę, która miała rozwinąć pomysł i sprawdzić jego przydatność. W następnym roku, z finansowym poparciem ze strony Unii Europejskiej, grupa Rubbii wykazała, że jedno z najbardziej istotnych przewidywań było prawdziwe: energia wytwarzana w rozszczepieniu jądrowym jest 30 razy większa, niż energia dostarczana. Zastosowanie akceleratora do 'wzmacniacza 
energii'

W 1995 roku grupa Rubbii rozszerzyła pomysł wzmacniacza energii o spalanie długożyciowych odpadów radioaktywnych. Pomysł polega na tym, żeby zmieszać odpady plutonu z paliwem torowym. Taka mieszanka również ulega rozszczepieniu i rozpada się na nieszkodliwe pierwiastki. Prace konstrukcyjne dotyczące tego pomysłu wykonano w amerykańskim laboratorium w Los Alamos, a testy, ponownie finansowane przez Unię Europejską, przeprowadzono w CERN-ie w 1996 roku. Wyniki były bardzo zachęcające, okazało się, że można nie tylko wykorzystać i unieszkodliwić odpady, ale również, że produkty uboczne to izotopy mające zastosowanie w medycynie.

CERN wciąż finansuje grupę Rubbii, ale prawdopodobnie dalsze badania będą przeniesione poza laboratorium. Kilka rządów europejskich jest zainteresowanych pomysłem, a analizy sponsorowane przez Komisję Europejską zalecają kontynuowanie badań.

Zastosowanie detektorów cząstek

Detektory przeznaczone dla fizyki cząstek znalazły wiele innych zastosowań. Oto przykłady bezpośrednio wywodzące sie z prac w CERN-ie:

Zastosowania uboczne związane z informatyką

Fizyka cząstek, a szczególnie CERN, ma nienasycony apetyt na coraz większą moc obliczeniową i rozszerzenie sieci komputerowej. Potrzeby fizyków w dziedzinie między innymi złożonych obliczeń teoretycznych, szybkiego odczytywania danych z detektorów, układów szybkiego przekazywania informacji, wizualizacji i rekonstrukcji danych, sieci i komunikacji oraz technik symulacji prowadzą do szybszego rozwoju sieci i metod obliczeniowych. Oceny projektów wykonywane przez CERN są bardzo wartościowe dla przemysłu. CERN jest aktywnym partnerem w wielu projektach badawczo-rozwojowych finansowanych przez Unię Europejską.

CERN był pionierem i siłą przewodnią rozwoju Internetu w Europie. Pierwsze połączenia internetowe powstały w 1989 roku. W tym czasie przez wiele lat CERN był głównym węzłem ruchu internetowego w Europie. Chociaż CERN został obecnie w tyle za firmami usługowymi, to nadal pełni ważną rolę w połączeniach internetowych w Europie.

The World Wide Web Najszerzej używanym wynalazkiem CERN-u jest niewątpliwie światowa pajęczyna - WWW. Początkowo system ten został stworzony do komunikacji wewnątrz społeczności fizyków cząstek. Obecnie grupy badawcze fizyków składają się z kilkuset członków z wielu instytutów i uniwersytetów. Wszyscy musieli mieć dostęp do ogólnych baz danych, możliwość wymiany i redagowania wspólnych dokumentów, takich jak artykuły naukowe, raporty, projekty techniczne itp. Wszystkie miały dostęp do Internetu, ale potrzebne było również odpowiednie oprogramowanie, które zostało przygotowane dla nich przez CERN. Jak wiadomo, to udogodnienie szybko rozprzestrzeniło się na cały akademicki świat i następnie stało się "narzędziem" powszechnego użytku.

Uboczne zastosowania techniczne

Fizyka cząstek, zwłaszcza w CERN-ie, w dużym stopniu przyczyniła się do ożywienia i rozwoju takich technologii jak nadprzewodnictwo, kriogenika, technika próżni i geodezja. Akceleratory i zderzacze cząstek o wysokich energiach muszą spełniać ścisłe warunki dotyczące geometrii urządzeń. Zakrzywianie toru wiązki wysokoenergetycznych protonów jest na granicy możliwości technicznych, nawet kilkucentymetrowy błąd w budowie tunelu dla akceleratora może spowodować, że nie będzie on działał, a dla wysokoenergetycznych elektronów straty energii na promieniowanie synchrotronowe mogą stać się zbyt duże. Dlatego grupa geodetów z CERN-u zaprojektowała przyrządy geodezyjne i techniki pomiarowe do drążenia podziemnych tuneli z dużą precyzją. Niektóre z nich wykorzystano przy budowie Eurotunelu. Techniki mikrofalowe, rozwinięte dla potrzeb akceleratorów w CERN-ie, z powodzeniem wykorzystują szwajcarscy i francuscy geologowie do wykrywania podziemnych jaskiń wypełnionych wodą (radar geologiczny). Projekty te mają być w przyszłości wykorzystane do budowy tuneli alpejskich w Szwajcarii, których koszt przewiduje się na 10 miliardów franków szwajcarskich.

Dalsze informacje

W artykule byłego dyrektora generalnego CERN-u C. H. Llewellyna Smitha "Korzyści z badań podstawowych" omówione są korzyści z badań podstawowych i wynikające z nich produkty uboczne.


Pierwsza strona Poczatek 
 tematu
© Copyright CERN - Ostatnia modyfikacja 1999-04-23