Jak si nedělat starosti a mít rád Velký hadronový srážeč  
Co by se stalo, kdyby někdo vlezl do urychlovače částic? Už to víme, díky bizarní nehodě z dob Sovětského svazu.

 

Simulovaný Higgsův boson v detektoru CMS na LHC. Kredit: Lucas Taylor / CERN.
Simulovaný Higgsův boson v detektoru CMS na LHC. Kredit: Lucas Taylor / CERN.

Jistě to už napadlo nejednoho z nás. Co by se stalo, kdyby někdo "spadl" do urychlovače částic? Mohl by to být začátek cool superhrdinského komiksu. A také je to pozoruhodný scénář, který napovídá leccos o záření a zranitelnosti lidského těla. Urychlovače částic jsou fascinující, ohromující, pro většinu lidí nepochopitelné. Mnozí se jich bojí. Lidé mají strach, že třeba takový Velký hadronový srážeč vytvoří černou díru. A naštěstí netuší, že nic by fyziky nepotěšilo víc, zejména fanoušky strunových teorií a skrytých prostorových dimenzí. LHC a další podobná zařízení vznikla s astronomickým rozpočtem, jejich provoz je neméně impozantně drahý. Zároveň urychlovače neprodukují nic moc hmatatelného, žádné krásné snímky scenérií, jaké posílá Curiosity z Marsu. To také důvěře veřejnosti dvakrát nepřidá.

 

Anatolij Petrovič Bugorský. Kredit: Futurism.
Anatolij Petrovič Bugorský. Kredit: Futurism.

Takže, co by se vlastně stalo, kdyby někdo spadl do urychlovače částic? Odborníci řeší záhady obvykle tak, že uspořádají experiment. V některých případech to ale nejde, alespoň ne legálně. Experimentování s lidmi je velmi problematické a majitelé těchto extrémně drahých přístrojů by zřejmě urychlovače částic dobrovolně takové zkoušce nevystavili. Co když se ale něco takového stane nedobrovolně, jako dejme tomu pracovní úraz?


K takovému úrazu už kupodivu došlo. V Sovětském svazu. Dne 13. července 1978 mladý sovětský vědec jménem Anatolij Bugorský strčil hlavu do urychlovače částic v Institutu fyziky vysokých energií v Protvinu, 100 km jižně od Moskvy. Bugorský tehdy prohlížel nefunkční zařízení v synchrotronu U-70, největším urychlovači Sovětského svazu. V tu chvíli ale selhalo bezpečnostní zařízení a Bugorského hlavou proletěl odkloněný svazek protonů urychlených téměř k rychlosti světla. Podle dostupných informací Bugorský tehdy zažil nejvíce energetický paprsek ze všech lidí v historii.

 

Velín synchrotronu U-70, dodnes nejvýkonnějšího urychlovače v Rusku. Kredit: RIA Novosti / Wikimedia Commons.
Velín synchrotronu U-70, dodnes nejvýkonnějšího urychlovače v Rusku. Kredit: RIA Novosti / Wikimedia Commons.

Je pravda, že už před tímto incidentem vědci experimentovali s protonovou terapií nádorů, ale takové zařízení operuje s paprsky, jejichž energie nepřesahuje 250 milionů elektrovoltů. Oproti tomu Bugorský podle všeho dostal plný zásah více než 300 krát energetičtějším paprskem. Energie zásahu tehdy byla 76 miliard elektronvoltů. Co se mu tedy stalo?

 

K urychlovaným protonům LHC by se člověk vešel je těžko. Kredit: LHC.
K urychlovaným protonům LHC by se člověk vešel je těžko. Kredit: LHC.

Protonové záření je na Zemi vzácné. Protony slunečního větru a kosmického záření odkloní atmosféra, protonové záření z rozpadu radioaktivních izotopů je tak vzácné, že bylo pozorováno až v sedmdesátých letech. Astronauti programu Apollo byli na Měsíci chráněni skafandry, ale podle svých slov zažívali světelné záblesky. A podobné to bylo i s Bugorským. Prožil intenzivní vjem světelného záblesku, ale necítil žádnou bolest. Nicméně když ho pak urychleně převezli na kliniku do Moskvy s nateklou tváří, tak se sovětští lékaři obávali nejhoršího. Dostal přece jenom dost strašlivou, přímo obscénní dávku záření, která mnohokrát přesáhla veškeré smrtelné limity …


Bugorský oproti všem očekáváním nejen přežil, ale stále ještě žije, zatímco Sovětský svaz se už dávno rozpadl. Má ochrnutou polovinu obličeje, která díky tomu vypadá nepřirozeně mladě. Je hluchý na jedno ucho. Prožil několik silných a řadu slabších epileptických záchvatů, podle odborníků zřejmě kvůli zjizvené mozkové tkáni. Nikdy ale u něj neobjevili nádor. Pro vědcovo přežití bylo klíčové zřejmě to, že ho zasáhlo záření koncentrované do úzkého paprsku a vyhnulo se hlavním oblastem kostní dřeni a trávicímu traktu, kde bývá poškození zářením největší. Bugorského intelekt neutrpěl zjevné škody a zásah urychlenými protony mu nezabránil v úspěšném dokončení dizertační práce a získání doktorského titulu. Život vědce bývá nezdolný. 

Video:  TIM the Robot: Monitoring the LHC tunnel


Literatura
Motherboard 17. 1. 2017, Wikipedia (Anatoli Bugorski).


Datum: 19.01.2017
Tisk článku

Částice na konci vesmíru - Carroll Sean
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 398 Kč
cena: 374 Kč
Částice na konci vesmíru
Carroll Sean
Související články:

Velký hadronový srážeč by mohl ulovit černé díry a paralelní vesmíry     Autor: Stanislav Mihulka (20.03.2015)
Houstone, Velký hadronový srážeč LHC má problém     Autor: Stanislav Mihulka (28.03.2015)
První srážky s energií 13 TeV na urychlovači LHC     Autor: Vladimír Wagner (23.05.2015)
Rozmarné jaro na LHC: Dvoufotonové srážky a patálie s kunou     Autor: Stanislav Mihulka (03.05.2016)



Diskuze:

Boom!

Michal Danicek,2017-01-21 19:30:17

OT, ale http://www.goo.gl/TvVLXQ je to o tom, jak funguje vesmír, telepatie, paměť, computing a tak dále :)

Odpovědět


Re: Boom!

Marcel Brokát,2017-01-22 15:22:26

Magore...

Odpovědět


Re: Boom!

Jiří Svejkovský,2017-01-23 13:46:53

Co to hulíte? Kde se to dá sehnat?

Odpovědět


Re: Boom!

Tomáš Viktora,2017-01-24 13:43:41

:)))) mazec pobavilo.. skoro jako nekonecny web svateho panice Henryka Laholy :))))

Odpovědět

:)

Jirka Havel,2017-01-20 10:41:55

Páni vědátoři, neviděl bych to tak zle. Teď budu mluvit za sebe. Článek nazvaný třeba „Svazek protonů ionizoval tkáň“, by mne k přečtení nepřitáhl. Tak bych se ani nedověděl, že někdo strčil hlavu tam kam neměl a že ho svazek prosvítil a že přežil a s jakými následky. Myslím tedy, že průměrný člověk, za kterého se s laskavým dovolením počítám, s nadsázkou nemá problém a je mu i z obrázků jasné, že do té modré trubice spadnout nejde, že ty letící částice se pak někam nasměrují a tam že už není radno srkat cokoliv. A už vůbec ne tam strkat hlavu, či jiný kus svého já :)
Z pohledu profíků se dá říct, že všechny články jsou tu zavádějící. Tak třeba ten o raketě na baterky. Je to nesmysl a vlastně o žádný pohon na baterky v něm nejde, ale i češtinářsky to je hloupě. Že na malárii jít přes dobytek… je zavádějící, lepší by bolo napsat hospodářská zvířata ale pak se tomu dá vytknout, že zdaleka ne všechna. A Čína, ta už ani v nejmenším nestaví terminátora,… A to jen namátkou několik posledních článků – pod každým jsem mohl napsat hovadina, bulvár. Asi to není lehké vzbudit zájem, neodradit vzorci a najít každému přijatelnou míru zestručnění a nadsázky.

Odpovědět


Re: :)

Lenka Trachtova,2017-01-20 10:52:46

Kloním se k panu Wagnerovi, bulváru tu je hodně, třeba i ten článek o vaginách. Autor si tam dělá vyloženě nevkusnou srandu z něčeho, co by neměl.

Odpovědět


Re: Re: :)

Jaroslava Vinklářová,2017-01-20 11:59:56

Otázkou je, kdyby se tu nepsalo o vaginách, zdalipak by sem někdo na ty odbornější články, vůbec někdo chodil, jestli by zo toho pak nebyla čistě akademická kavárna pro pět čtenářů.

Odpovědět


Re: :)

Ludvík Urban,2017-01-20 12:09:29

Souhlas.

Odborných článků mám v práci hafo, Osel je pro mne příjemná oddechovka, stále se domnívám, že i ve vyšším věku dokážu bulvár bez bolesti odfiltrovat.

Mnohem víc mi tu vadí diskuzní trolové.

Odpovědět

go

george osmek,2017-01-20 05:20:18

Ako laik nerozumiem, ako mohol strčiť hlavu do vákua. Ak častica z vákua vyletela, tak musela najprv naraziť do kovovej steny.

Odpovědět


Re: go

Vladimír Wagner,2017-01-20 08:10:14

To je přesně to, co vytýkám článku. Není psán pro poučení a pochopení něčeho, ale pro nejvyšší počet čtení. Proto, aby byl atraktivní a tak nalákal co nejvíce čtenářů, tak začne nesmyslem. Ten sice člověk, který problematiku zná, může vzít jako jistou nepříliš šikovnou nadsázku, ale laika, jako jste Vy, to dokonale zmate. A navíc nenásleduje za nadsázkou vysvětlení reality. Jak jsem psal níže, u většiny urychlovačů, které mají dostatečné energie se svazky mohou a velice často vyvádějí ven do vzduchu. Jak jsem také psal, pokud jsou rychlosti a energie protonů vysoké, tak ztráty jsou na jednotku dráhy v materiálu malé. Nevadí tak i relativně tlustá kovový stěna. Pokud jsou rychlosti a energie protonu nižší, dělá se výstupní okno z vhodného a dostatečně tenkého materiálu. Takového, aby vydržel tlak okolního vzduchu na rozhraní s vakuem na druhé straně a zároveň ubral protonům co nejnižší energií. Zároveň se počítá s příslušným úbytkem energie v daném okně. Tak třeba i u nás testujeme na vyvedeném svazku radiační odolnost komponent, zvláště elektroniky, třeba pro kosmické sondy nebo pro experimenty v CERNu. Vyvedení svazku se u takových urychlovačů, jako je U-70, využívá často i z toho důvodu, že můžete terče i celý experiment mít na vzduchu a lépe se s tím pracuje. U protonové terapie je to pochopitelně nezbytností.

Odpovědět


Re: Re: go

george osmek,2017-01-20 09:50:18

Ďakujem za vysvetkenie. U vysokých energií asi nemá veľký zmysel vyvádzať častice mimo vákuum.

Odpovědět

Jde o kopu nesmyslů a bulvárně napsaný

Vladimír Wagner,2017-01-20 00:05:10

Základní je, že biologické účinky protonového svazku nemusí být větší pro protony s energií 76 GeV než 250 MeV, právě naopak. Ztráty energie protonu (ionizací) závisí nepřímo úměrně kvadrátu rychlosti. Relativistický proton tak ztrácí energii pomalu až do doby, než jeho rychlost klesne pod jistou hodnotu a pak se rychle zastaví a v daném místě deponuje téměř všechnu energii. Závislost těchto ztrát na hloubce v materiálu se říká Braggova křivka a ta určuje i dolet protonu v něm. A tato vlastnost se využívá při ozařování nádorů. Právě proto se dá změnami energie protonu velice přesně nastavit, ve kterém místě (v jaké hloubce) hlavy se proton nakonec zastaví, deponuje maximum energie a zničí nádor. A právě proto se používají při protonové terapii protony s energií jen okolo stovky až pár stovek MeV. To je energie taková, že dolet těchto protonů v těle odpovídá rozměrům hlavy. Proton se 70 GeV proletí hlavou a ztratí tam (a deponuje) pouze malý zlomek toho, co by deponoval proton o energii 100 MeV nebo 250 MeV, který se v ní zastaví. To, co je podstatné, je intenzita svazku. Protony s vysokou energii tak mohou být mnohem méně nebezpečné, než s tou nízkou, mají nižší ionizaci.
Jinak záblesky, které vidí při zavřených očích kosmonauti na vzdálených trasách jsou spíše relativistickým těžšími ionty. Test této teorie provedl v roce 1973 Cornelius Tobias na urychlovači Bevalac, který jako první mohl těžší ionty než proton urychlovat na relativistické energie. Nechal si pustit slabý svazek a koukl se. Záblesky pozoroval a pochopitelně, jako těm kosmonautům, se mu nic nestalo. On totiž ve vesmíru žádný skafandr nezastaví relativistické a ultrarelativistické protony. Podstatné je, že jejich intenzita je ve vesmíru a byla i ve svazku toho Bevalacu nízká.
Problém u Anatolije Petroviče Bugorského bylo, že intenzita svazku protonů v tomto případě byla vysoká (podstatné bylo, že jich bylo hodně). To je také důvod, proč se při ozařování nádorů musí velice přesně nastavovat nejen směr a energie svazku (určují přesné místo, kde se deponuje maximum energie), ale také intenzita svazku. Musí být taková, aby zničila nádorové buňky v místě nádoru, ale zdravé buňky po cestě svazku k němu zůstaly nepoškozené.Proto je třeba u protonové terapii na Bulovce (či jinde) velice dobře svazek a jeho intenzitu kalibrovat a kontrolovat.

Odpovědět


Re: Jde o kopu nesmyslů a bulvárně napsaný

Vladimír Wagner,2017-01-20 00:26:40

Ještě bych doplnil, že záblesky, které pozorují kosmonauté (při zavřených očích), jsou od jednotlivých těžkých iontů a nepociťují je jako nijak oslňující. Jde spíše o vliv ionizace v oku. To co popisoval Bugorski jako záblesk o jasnosti tisíce Sluncí byla spíše reakce mozku na značné poškození. V jeho případě, pokud si dobře pamatuji, svazek ani oko nezasáhl.
Protony slunečního větru mají energii o dost nižší než v článku zmiňovaných 250 MeV a jsou odkloněny zemským magnetickým polem. Na ty může stačit zmiňovaný kosmický skafandr. Ty galaktické s relativistickou energií prochází atmosférou, kde interakcí s jádry v atmosféře vytvoří spršku částic, která se postupně v atmosféře v dostatečné výšce pohltí. Podrobněji o kosmickém záření a jeho vlastnostech i ochraně před ním je zde http://www.osel.cz/4063-jak-prezit-ve-vesmiru-se-zarenim.html .

Odpovědět


Re: Jde o kopu nesmyslů a bulvárně napsaný

Vladimír Wagner,2017-01-20 00:37:44

Pochopitelně v případě ozařování nemocných, ale také buněčných struktur či laboratorních zvířat a řadě dalších využití svazku částic se neleze do urychlovače, ale svazek se vyvede ven. To, jaké biologické účinky na buňky mají různé částice s různou energií se studuje dost intenzivně i u nás, právě proto, že se tyto svazky využívají k nádorové terapii (nejen).

Odpovědět


Dobře. Ale kolik J jím prošlo a kolik jich v A.P.B. zůstalo? Alespoň řádově, prosím.

Josef Hrncirik,2017-01-20 15:51:10

Odpovědět


Paprsek byl nejvíce energetický nápoj v historii lidstva a jeho energie je nevyčíslitelná i nepřekonatelná.

Josef Hrncirik,2017-01-21 10:59:56

Odpovědět


Paprsek byl energetický nápoj jen 2 J/g mozku ve vstupu a prý 3 J/g líčka na výstupu

Josef Hrncirik,2017-01-22 21:25:37

To je jasné z dávky absorbované tkání v trase cca 15cm (200000 až 300000 rad), tj. 2 až 3 J/g.
Toto zesílení dávky na výstupu by odpovídalo vstupní energii protonů cca 200 MeV, což je ve sporu s tvrzením 76 GeV.
76 GeV by na tak krátké trase nezvýšilo LET 1,5x.
Těžko říci jaký byl průměr vstupujícího paprsku. Rozptyl je však relativně malý a prakticky nezávislý na velkých energiích. Lze očekávat zvětšení efektivního průměru cca o 4 mm.
Z obr.2 se nezdá výstupní "otvor" větší než obvyklých 7,62 mm. Průměr průstřelu je pak obvyklých NATO doporučovaných a postačujících 5,56 mm.
Objem desinfikované hmoty je pak cca 4 ml, tj. cca 4 g.
To znamená, že koupil cca 10 J, to je jen přátelská facka na uvítání v krčmě.
Protony vojáci oceňují kvalitou Q = 2, mozek jako nežádoucí orgán má Q = 0,01.
Živou sílu tedy efektivně atakovalo jen 0,2 J.
Když se to podělí 70 kg chudého vědce, dostaneme 3 mSv, což je doporučovaná dávka pro CT kontrolu velké vědecké lebky (běžně se uvádí jen 2,5 mSv).
Zajímavější výsledky ale vyrobí novináři, když vynásobí 2,5 J* 70 000g/1 g = 175 kJ při prozáření celého vědce v epicentru.
Pokud 1 g tkáně absorbuje 2,5 J, ohřál by se jen o 0,6°C, takže okamžitě by to nemuselo intenzivně bolet. Do radiolýzy jde asi jen 1% energie.
Nejzajímavější na tom všem je, že nebyla nikde udána energie pulzu vstupujícího. Absorbovaná energie se pak dá snadno odhadnout z LET protonů.
Nepotřebovali by ani průměr svazku.
Dávky v tkáni však nejspíše neměřili, ale asi jen odhadovali z absorbované energie, kterou tedy mohli snadno uvést.

Odpovědět


Do(Od)dělej si(e) sám

Josef Hrncirik,2017-01-23 13:44:06

Novináři si měli najít na webu, že C-70 vyplivne 2.10**13 protonů po 10 s cirkulace, tj. paprsek má energii 150 kJ.
physics.nist.gov. pro CSDA range 76 GeV protonů ve vodě či masíčku (mozek není na jídelníčku) udává dosah 40 m (pro ochranu ponorky před sovětsko-čínskou protonovou zbraní).
Proletí to tedy mozkem jako žebřiňákem v SNP, škody to nenadělá.
Mass stoping power udává gov. 2 MeV/(g/cm2).
Proženu-li si protonovou kuli hlavou (15 cm) při ruské ruletě, zapamatuji si jen 30 J.
Koupím tedy jen 1 střední přátelskou facku.
Za to by nedostal odškodné ani v SSSR, ale pokutu jako v Čechii.
Všichni se velmi těšili na napínavý průběh nemoci a hokus-pokus léčení a státní funus.
Mezitím však přišly velmi levné tarify pro dlouhé hovory se silně nabitými mobily u prázdných mozkoven.
Opět z nějakého důvodu nejsou dopady okamžitě fatální.

Odpovědět


Podle ruského webu tedy trpělivý pacient při hrazené CT kontrole podle uvidí 292 + 1 Sluncí a ani neopuchne

Josef Hrncirik,2017-01-23 14:56:13

Odpovědět


Re: Re: Jde o kopu nesmyslů a bulvárně napsaný

Tomi Lee Trnik,2017-01-20 15:54:47

ďakujem , váš komentár vylepšil článok o 999%!
prosím autora článku aby vás kontaktoval a váš koment vsunul do článku,
ď.

Odpovědět


Re: Jde o kopu nesmyslů a bulvárně napsaný

Pavel A1,2017-01-20 19:42:51

Jen bych ještě dodal, že pokud někdo "spadne" do LHC, tedy pokud bude nacpaný do trubky o průměru 6 cm, tak nějaký svazek protonů bude jeho nejmenší problém.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace