연습이 완벽함을 만든다(입자 탐지기)

완료되면 심층 지하 중성미자 실험(DUNE)은 세계에서 가장 포괄적인 중성미자 실험이 될 것이며, 지하 1마일 동굴에 DUNE용 거대 원거리 탐지기를 설치하는 것은 세계 최대 규모의 작전 게임과 같을 것입니다.

DUNE은 두 개의 감지기로 구성됩니다. 하나는 일리노이주에 있는 미국 에너지부의 페르미 국립 가속기 연구소에 위치한 더 작은 근접 감지기입니다. 그리고 사우스다코타주 샌포드 지하 연구 시설(SURF)에 위치할 더 큰 원거리 탐지기.

원거리 감지기는 4개의 모듈로 구성되도록 설계되었으며, 그 중 2개는 건설 중이고 2개는 아직 계획 중입니다. 각 모듈의 크기는 거의 6층 건물 크기이고 길이는 축구장만큼 큽니다. 하나의 모듈은 실험에서 가장 깨지기 쉬운 구성 요소 중 일부인 양극 평면 조립체(APA)라고 불리는 작은 중성미자 검출기 25줄로 구성됩니다.

SURF의 DUNE 원거리 탐지기가 지하 동굴에 조립되어 있기 때문에 작업할 공간이 많지 않습니다. APA의 마지막 행을 설치하는 기술자는 벽에 기대어 있어야 하며 안전하게 작동할 수 있는 공간은 몇 미터밖에 되지 않습니다. 가위형 리프트를 가져오면 인간이 리프트와 APA 사이를 걸을 수 있을 만큼 충분한 공간이 있을 것입니다. 작업이 끝나면 가져온 모든 도구와 도구를 가져와 다시 비집고 들어가야 합니다.

탐지기를 완성하기 위해 미네소타 주 애쉬 리버에 있는 또 다른 지하 실험실인 NOvA 원거리 탐지기 시설의 관리자인 Tom Wieber는 "우리는 여유 공간을 두고 작업하고 있습니다"라고 말합니다.

Wieber는 최종 설치를 준비하는 데 필수적인 역할을 하고 있기 때문에 제약 조건을 잘 알고 있습니다.

NOvA는 장거리 중성미자 실험이기도 합니다. Ash River의 원거리 감지기와 Fermilab의 근거리 감지기로 구성됩니다. Fermilab에서 발생한 중성미자 빔은 두 검출기를 통해 전송됩니다.

NOvA가 조립되면 Ash River 시설에는 DUNE의 시험 조립 구역을 만들기에 충분한 고천장 공간이 생겼습니다. 기술자가 작업을 연습할 수 있는 두 개의 프로토타입 APA가 있는 유일한 장소입니다.

프로토타입 제작은 대형 입자 물리학 실험 개발에 없어서는 안 될 단계입니다. 구성 요소를 테스트하여 실험 조건에서 작동하는지 확인하는 것부터 부품 운송 및 조립 리허설에 이르기까지 입자 물리학 협력은 실험이 예상대로 수행되는지 확인하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다.

DUNE의 많은 구성 요소는 Wieber와 그의 팀이 설계 도면과 재료 목록을 기반으로 사내에서 제작한 특별히 개발된 도구를 사용합니다. 그런 다음 DUNE 프로토타입에서 도구를 테스트합니다.

Wieber는 “우리 뒤에는 도구와 고정 장치를 안전하게 사용하는 방법만 알아내면 되는 방식으로 설계하는 훌륭한 엔지니어가 있습니다.”라고 말합니다. “너무 무거워요? 설치나 제거를 더 쉽게 하기 위해 또 다른 도우미 도구가 필요합니까? 넘어지지 않도록 끈에 어떤 물건을 달아야 할까요? 이걸 사용하다 보면 어느 순간 손 세 개 없이는 사용이 불가능하지 않나요?”

문제가 발생하면 Wieber 팀은 엔지니어에게 문제를 알리고 잠재적인 수정 사항을 제안합니다. 그런 다음 디자인이 수정되고 프로세스가 다시 시작됩니다.

Wieber는 “테스트 후 수정되지 않은 버전 1의 위젯, 도구, 고정 장치 중 일부는 단순하고 일부는 완전히 재작업된 경우가 얼마나 되는지 한 손에 꼽을 수 있습니다.”라고 말합니다.

“배운 교훈은 모두 가치가 있습니다.”라고 그는 말합니다. “어려운 일, 시간이 많이 걸리는 일, 무엇이든지 기록해야 합니다. 우리는 프로토타입을 제작하고 있는데 문제가 있는 경우...이 것을 킬로톤으로 확장할 때 [문제가] 복잡해지지 않도록 문서화해야 하기 때문입니다.”

Ash River의 설정은 Wieber와 그의 팀이 한 번에 많은 것을 테스트할 수 있을 만큼 다재다능합니다. 예를 들어 케이블 길이를 테스트하기 위해 두 개의 APA를 서로 다른 방향으로 설치하고 있습니다. 동시에 그들은 초승달 모양으로 잡은 후 곧게 펴지는지 확인하기 위해 음극면의 "굴곡성"을 테스트하고 있습니다.