163■研究紹介

LHC 加速器の現状と CERN の将来計画
KEK 素粒子原子核研究所

近 藤

敬 比 古

taka.kondo@kek.jp
2008 年（平成 20 年）12 月 5 日

1.

LHC 計画の概要

LHC 計画は，標準理論が予言する粒子の中で，まだ唯一

2.

LHC 加速器の建設

2.1 建設状況の公開

見つかっていないヒッグス粒子の発見と測定，および標準

CERN は World Wide Web の発祥地でもあるためか，
LHC

理論を越える超対称性粒子などの新しい物理の探索を目指

加速器の建設の進行状況のかなりの詳細まで常にウエブですプロジェクトである。LHC 加速器の建設は，米国の SSC

見ることができた。例として図 1 にあるような「ダッシュ計画（ 40 TeV ）が建設途中で中止になった翌年の 1994 年

ボード」と呼ばれる図が 66 図もあり，各部品の製造の状況に，到達エネルギーを 2 段階に分けて 10 TeV 部分が承認さが一目でわかるようになっていた[2]。図を見るとダイポーれた。1995 年春には CERN の非加盟国の中でもっとも早く

ルマグネットの製造・組立・据付作業が 6 年あまり続いた

日本政府が LHC 計画への協力を表明し，その後インド，ロ

ことがわかる。また 27 km の LHC 加速器全周の温度の現状

シア，カナダ，米国が参加することによって，LHC 計画はも図 2 のようにウエブ上で見ることができる[3]。これらの欧州主導の全世界的プロジェクトとなった。2005 年に完成

図のように進捗状況が一目で見えることは画期的なことで，

2007する予定であったが，建設費が 20% ほど不足したため，年に完成を延期し，2011 年までの CERN 予算を前借りするという変更の後，ようやく 14 年目で完成した。完成の遅れ
は予算も一因であるが，主には加速器・測定器の技術的な先進性と複雑さに起因するとみてよい。

LHC では，周長 27 km の地下トンネルに敷き詰められた

1,700 台を超える超伝導マグネットを超流動ヘリウム温度の1.9 K まで冷却し， 6 × 1014 個の陽子を 7, 000GeV まで加速して陽子・陽子衝突を実現する。ヒッグス粒子など新粒子の発見をめざす ATLAS と CMS 実験では，毎秒 10 億回起
こる陽子衝突で発生する粒子を測定し，オンラインで選び出した 100 イベントほどのデータを記録し，世界に分散する計算機センターに送る。これらはかってない規模の複雑な装置であり，放射線耐性をもつ検出器や集積回路のみならず計算機システム・ソフトエウアに至るまで先進技術が

図1

LHC 加速器部品の製造状況を年月日の関数としてプロットした「ダッシュボード」図。66 種類あった[2]。

ふんだんに使われている。

LHC 計画の概要・物理・技術に関しては日本物理学会誌
2007 年 12 月号の小特集「LHC 実験が始まる」を参考にしてください[1]。
以下では主に LHC 加速器の建設最終段階とビームコミッ
ショニング，さらに CERN の将来計画の概要を述べる。しかし記述のすべてが筆者自身が関与・担当した事項ではな
く， CERN の公式発表， SPC 委員会（ Scientific Policy

Committee）での報告，CERN 内での会合，ウエブの情報などをもとに書いたものである。その意味では，英語を日本語にし，図をコピーし，右のものを左に移しただけと非難されても，その通りなので甘んじて受けます。

図2

超伝導マグネットの温度状況を示している。

164
多数の人や国が関与する大規模なプロジェクトの現状把握

インドは物的供与のみならずマンパワーにも大きな貢献には大変よかった。特に全世界から見えるようにオープンをした。1,700 台を超える超伝導ダイポールと四極マグネッにしたことが評価できる。日本では，予算執行計画と違う

トはすべて地上で冷却・励磁テストが行われたが，この全とか会計検査があるからとかいう理由で，こんなあからさ

数検査にインド原子力エネルギー省がインド国内の 4 研究

まな公表は無理かもしれない。

所から 90 人の技術者を CERN に派遣したおかげで，昼夜を通して検査作業を実施することができた。前例のない長2.2

LHC 加速器建設における国際協力

期にわたる人的資源の国際協力は双方に有益だったと聞く。

LHC でもう一つの際立った特徴は，加速器の建設におい

HERA 建設でも，中国は資金は出さないが人を多く送り，て，かなりの規模の国際協力が実を結んだことである。こその人たちが BES を作る原動力にもなったと聞いている。

れは HERA の建設から始まった方式であるが，LHC では
それが世界の主要国に広がった。主な非加盟国からの資金

2.3 建設完成までの苦難の連続

ならびに物的供与協力を表 1 にリストアップした。KEK に

LHC 加速器では先進的な技術が各所で使われている。そよる LHC 用超伝導四極マグネットの開発と生産は山本明氏のため建設終盤段階からビーム周回成功までの 2 年あまり

率いるチームによって行われた。開発から量産と CERN での間には，予期しないトラブルがかなり発生した。主なトの据付けと試運転の詳細は中本健志・佐々木憲一両氏が高ラブルはすべて公式に発表されている。

エネルギーニュースに書いている[4]。
（1）ヘリウム分配ラインのトラブル
表1

CERN 外からの加速器建設協力

超伝導マグネットに液体ヘリウムを供給するラインは

国

協力資金

In-kind（物的供与）協力

QRL と呼ばれ， 27 km のトンネル全周にわたってマグネッ

日 本

138.5 億円

衝突点用超伝導四極マグネットトと並行して設置されている。2004 年 6 月にこのラインを

200 M$

数 km にわたって設置し冷やしたところ，ヘリウムパイプ（測定器込み）衝突点用超伝導四極マグネット，
超伝導ビーム分割マグネット 他
ビーム入射路マグネット，
ビームダンプセプタム

カナダ

60 MCanada$

衝突点 2 ビーム四極マグネットインド

12.5 MCHF

超伝導六極補正マグネット

米 国
ロシア

67 MCHF

日本の企業も LHC 建設に大きな貢献をしている。CERNには財政運営において fair return という原則があり，CERN
予算の出資額にほぼ比例して加盟国にお金が戻らなければならない。そのため非加盟国の米国や日本の企業はこれまを所々で支えるグラスファイバーのスライド板が割れて真空リークが発生してしまった。材料が原因だったがスケ
ジュールが大幅に遅れた。工事を請け負った Air Liquid 社を訴えていては時間がかかりすぎるので，結局 CERN のマ
ンパワーと 41 億円相当の追加予算を投入して修理を行った。
（2）Inner Triplet の圧力テストでの破損

Inner Triplet とは衝突点の前後に設置されたビーム収束用の四極マグネットセットである。その半分のマグネット

で CERN の入札には参加できなかった。ところが日本政府を日本が開発・製造し，あと半分のマグネットとクライオ

による LHC 建設協力で，日本企業にも一部ではあるが門戸

ジェニックス組込み全部をフェルミラボが担当した。1 セッが開かれた。その結果，日本企業である古河電工・新日鉄・

JFE スチール・IHI・カネカなどが各種の加速器用の特殊資材を納入することができた。高品質，納期厳守の日本企業

トの長さは約 30 m で全部で 8 セットある。個々のマグネットは日本でもフェルミラボでもテストされたが，全長 30 mのセットのテストは地上で行わないまま地下に据え付けらの実績は CERN に高く評価されている。厳しい仕様の LHCれた。2006 年 11 月に Inner Triplet の圧力テストを初めて用超伝導ケーブルの開発においては，古河電工が SSC 計画

したところ，超流動ヘリウム熱交換パイプが座屈，破断しで開発した技術を発展させて成功した。CERN が他の企業てしまった。フェルミラボで行われたロウ付け作業に起因に発注したケーブル開発はなかなか進まなかったようで，
古河電工は CERN から“Your failure is our failure, yourする問題だった。新材料を発注し，すべて地下トンネル内
で取り換えられた。

success is our success.”と言われたと聞く。古河電工はアーさらに 2007 年 3 月末に，熱交換器を交換後初めて行った

ク部ダイポール外側ケーブルの 1/8 の生産を行ったが，欧Inner Triplet セットの圧力試験中に 20 気圧で大きな破裂音

米の企業分の孫請けを通じてその 3 倍のケーブルの生産をが起こり，KEK 製マグネットがビーム軸方向に 10 cm 以上担ったようだ。加速器の部材のみならず実験装置の建設に動いてしまった。マグネットを支持する GFRP 部品が軸方おいても，浜松ホトニクス・東芝・クラレなどが活躍し，向の不均衡力に耐えきれず破壊されたことによる。支持部

日本企業が得た信頼度の高さは格別である。

品はフェルミラボ担当であるが，（後から考えて当然の）不165
均衡力の発生を完全に見落としていたことによる。CERNている幅 44 mm のビームスクリーンを各マグネットの端で関係者も含む設計レビュー委員会をパスしているので一概隣に接続するために現場でプラグインするモジュールであにフェルミラボを非難できないが，度重なるフェルミラボ

る。図 4 に示すようにかなり複雑な構造である。ビームスのミスと受けとられ，Pier Oddone 所長自ら陣頭指揮を執っクリーンの内側は 75 μm 厚の銅が張り付けてあり，ビームて問題解決に当たった。修復までの数ヵ月間はフェルミラのイメージ電流が低い抵抗で流れるようになっている。運ボのホームページを開くと，この事故の調査や経過がトッ

転時は 5 − 20 K に冷やされてダイポール 1 台あたり 10 cm ほプに現れた。原因はすぐわかったが，すでに 8 セットすべ

ど縮むので，ビームスクリーン同士の接続箇所では，電気てトンネルに設置されていたので，地上に運び出さず，か

抵抗を 0.1mΩ 以下に保ちながら伸び縮みを吸収するため，

つ分解しないで修理可能かがキーポイントだった。熱収縮

烏賊の足のような金メッキした多くのスプリング端子が相のないインバーの棒を四極マグネットの隙間に入れて端部

手のビームスクリーンの外側をスライドするようになってフランジから支持補強するという大変に巧妙なアイデアがいる。セクター78 が常温→冷却→常温の 1 サイクルを終え採用され，トンネル内での修理が可能になった。2007 年 9たところで，たまたま開いたビームパイプでその烏賊の足

月中旬に修理が完成した。災難続きの Inner Triplet であっのいくつかが内側に折れ曲がっているのが見つかった。

たが，2008 年 4 月には異常クエンチなして定格磁場を越え

Plug-in module は全周で 3,300 個近く据え付けられており，ての冷却・励磁テストに成功した。日本が担当したマグネッ

しかもこの様な折れ曲がりのある場所は，二重の真空を破っ

トは完璧であった。これらの事故と修復の現場の様子も，て開けてみなければ発見できないため大きな問題になった。

中本健志・佐々木憲一両氏が詳しく書いている[4]。

LHC 加速器リーダーの Lyn Evans は「必要は発明の母だ。」と表現したが，出てきた解決策は奇抜だった。ビームスク（3）セクターの冷却と plug-in module の折れ曲がり問題

リーンの内径よりほんの少し小さいピンポン玉状のボール

2007 年 1 月 15 日から全周の 8 分の 1 であるセクター78の中に，40 MHz の高周波を発生する回路を入れておく。こ（約 3 km ）の冷却テストが始まった。超伝導マグネット 200のボールをビームパイプ内にガスの圧力で走らせる。リン

台以上を同時に冷却するのは初めてだったので，真空リー

グ 1 周で 1,032 ヵ所に設置されたビーム位置モニターBPM

クなどいろいろな技術的トラブルが続出し，目標の超流動でボールが発する高周波をピックアップすればボールの位

ヘリウム温度 1.9 K に到達するまで 4 ヵ月を要した。しかし

置がわかる。内側に折れ曲がったピンがあればボールはそ

この最初のセクター冷却テストの経験は生かされて，セクの場で止まるので，悪い plug-in module の位置がわかる。

ター78 を含む全セクターの本番冷却はかなりスムーズに行

そして plug-in module の取り換えは 2 時間で済むという。

われた。図 3 に 8 セクターすべての温度の時間経過を示す。
セクター12 の冷却がもっとも速いが，それでも 1.9 K に到達するまで 1 ヵ月近くかかっている。

図 4

ビームスクリーンを低い電気抵抗でつなぐための plug-in

module。写真はビームスクリーンが冷やされた時の相対位置状態を示している。

図3

8 セクターの冷却経過。最速でも１ヵ月かかる。2008 年 1 月の冬期休暇以外は真空リークの修理で冷却が止まったのがわかる。

（4）クエンチトレーニング問題と到達ビームエネルギー
すべての超伝導マグネットは地上で 1 台ずつ冷却され励磁テストされた。ほとんどのマグネットは 0 − 2 回ほどのト

最初のセクター78 はマグネットの交換や Inner Triplet の

レ ー ニ ン グ ク エ ン チ （ 注 参 照 ） で 11, 850 A = 8.33 teslas

接続作業のため，常温まで昇温されてから種々の修理が行（ 7 TeV 相当）を越え 9 teslas までテストされた。それらはわれた。そこでたまたまビームパイプを開けてわかった新保管と据付けのため常温に戻されてから再びトンネル内でPlug-in
たなトラブルが plug-in module の折れ曲がりである。

据え付けられてから再冷却された。そのような thermal cycle

module とは，ビームパイプの中に全周にわたって挿入されを経ると，トレーニングクエンチで稼いだ磁場上昇分の一166
部は失われてクエンチ電流が低くなるものがあった。調べてみると，そのようなマグネットが少なくともセクター45
で 3 台，セクター56 で 29 台あった。図 5 に各セクターでのダイポールのトレーニングカーブを示す。時間がないのでトレーニングクエンチ作業はまだ途中までしかやっていないが，図でわかるように電流上昇傾向がなだらか過ぎて，
ひょっとするとセクター56 は 7 TeV に届かないのでは，とも懸念されている。記憶を忘れた問題のマグネットのほとんどは 3 製造会社のうち Noell 社製造のものである。いくつかは 1 回目のクエンチ（virgin quench）の電流を下回るものもあった。1 回のクエンチからの回復に半日かかり，
したがって 7 TeV に到達するには 2 ヵ月以上かかるので，
当面は 5 TeV で運転を開始し 2009 年冬の休止中にトレー二ングを行うことになっていた。しかしその後起こった事故

図6

LHC オープンデイには 5 万人が CERN を訪れた。

とその安全対策のため，予定したトレーニングは延期され

3.1 ブラックホール騒ぎた。

LHC の運転開始に向けてもっとも CERN 首脳部を悩ませた問題は，ブラックホールによる地球消滅の噂である。

1998 年に提唱された ADD モデルでは余剰次元を導入することによってヒッグス粒子の質量の不安定性（階層性問題）を解決する。このとき重力は TeV 領域で強くなり，LHC での陽子衝突でブラックホールが生成され，ホーキング輻射のため 10−26 sec で蒸発すると予言された。これは理論屋にとって大変魅力ある新しい展開で，危険性などまでには考えが及んでいなかった。

2008 年 3 月に米国の元原子力保安検査官が，LHC で生成
図5

セクター45 と 56 のトレーニングクカーブ。横軸がクエンチ

回数で縦軸が到達電流/磁場。12 回目のクエンチを除いてはすべてされるブラックホールで災害が起きる可能性があるので，第三者機関によって LHC の安全性を確認できるまで LHC

違うマグネットによる。二つのマグネット同時のクエンチが 3 点含の運用を禁止する仮処分命令を出すよう，ハワイ州地方裁

まれている。

判所に提訴した。これが新聞報道されて一気にネット上でも話題になり，You Tube にはレマン湖わきから発生したブ（注）トレーニングクエンチ：超伝導マグネット製造後の最初の励磁では，超伝導コイルの一部が電磁力で動きクエンチが起こるこ

ラックホールによって地球が崩壊する様子を想像力たくまとがある。しかし動いたコイル部分はより安定な位置に収まるのしく描いた動画も載った[6]。日本の雑誌には地球消滅カウで，次の励磁では同じ磁場値ではクエンチが起こらなくなる。こントダウンなどという見出しの記事も載った。インドではのように励磁とクエンチを繰り返して，達成磁場が次第に高くな噂を聞いた 16 歳の少女が自殺したと報道された。ドイツのる現象のことをいう。

一化学者も執拗に LHC の危険性をアッピールし，彼はCERN にまで押しかけて来ると噂されたが，現れなかった

3.

LHC ビームコミッショニング

ようだ。

2008 年 4 月 5, 6 日には LHC の見納めという宣伝で「LHCCERN はこの事態を重く受け止めた。理論グループの J.

オープンディ」が催され，近隣から 5 万人も見学者が訪れ

Ellis や M. Mangano が中心になり科学的な観点に基づいた

たため，地下のトンネルに入る切符を得るためにドームの

LHC の安全性の根拠を論文にして投稿し，論文は特急で査

そばに行列ができ，2 時間も辛抱強く待っている人も大勢

読を経て出版された[7]。またプレスリリースや Wikipedia

いた（図 6）。2008 年 7 月にようやく 8 セクターすべてが冷などウエブ上でも広く LHC の安全性をキャンペーンした[8]。

却状態に達したのを見届けて，CERN は全世界の報道機関

V. Ginzburg, S. Glashow, F. Wilczek, S. Hawking, V. A.

に向けて 9 月 10 日に「ファーストビーム」を LHC に入れ

Rubakov ら著名人からのメッセージも載せた。KEK もトピッ

るとアナウンスした[5]。

クス欄に安全であるとのコメントを載せてくれた。

167
LHC の衝突エネルギーは 1017 eV の宇宙線に相当すること，によると，その日に 3,500 以上の記事が出され，約 450 の宇宙線のエネルギーは 10 GeV まで存在するので，地球誕

テレビ局が取り上げた。衛星放送のユーロビジョンは 2,100

生以来おびただしい数の LHC エネルギーを越える衝突が起回以上も放映した。CERN のウエブは 1 億回以上のアクセ

こってきたが，われわれはいま生存している，というのがスがあり満杯となった。幸い KEK は特別チャンネルを確

LHC 安全性の根拠である。たとえマイクロブラックホール

保でき，セミナーホールで同時放映を行った。加盟国のみができたとしても，すぐ崩壊する。万が一，安定なブラッ

ならず世界に広く CERN のニュースが流され，米国では一クホールができても，中性子星と白色矮星の存在が危険の時は大統領選のニュースは LHC に出し抜かれて二番手になないことを示している。ストレンジクォークを多く含むスるほどだった。
「基礎科学のニュースでこれほど注目を浴び

トレンジレット（Strangelets）が生成され，それが他の物たことはなかった。」と Aymar CERN 所長は語った。ファー質と合体して次々とストレンジ物質に変えていく危険性がストビームイベントを世界がこれほど注目した理由は，

20ないことは，RHIC 実験で実証され，LHC では RHIC より

CERN が全世界の報道機関にウエブなどを通じて徹底的に生成頻度が低いと結論している。

事前通知したこと，ブラックホール騒動があったこともさ

以上のような対応のおかげでブラックホール騒ぎはなんることながら，標準理論の完成とそれを越える新物理の可とか静まってきた。しかしファーストビームの日には CERN

能性を LHC 計画が秘めていることを，まえまえから世間がControl Centre（CCC）は警備が強化された。実害はこれそれなりに知っていたせいではないかと思う。CERN 所長

までには起っていないが，皮肉にも CERN が発明したウエはファーストビーム周回成功後に間をおかず「あなた方のブにより CERN 自身が噂のターゲットになってしまった，

長期にわたる地道な努力が実を結んで世界にデモンストレーと J. Ellis は述べた。インターネットや報道界では，LHC

ションができた，君たち一人一人とすべてを誇りに思う，はヒッグス粒子生成マシンからブラックホール製造器に変ブラボー！」と CERN 職員に向けメールを送っている。

わり，
より多くの注目を世界中から集めることにもなった。

特約した BBC が世界に同時中継するなか，午前 9 時半から LHC へのビーム入射が始まった（図 8）。BBC の放送内

3.2 シンクロナイゼーションテストの成功

容は録画されウエブ上で今でも見ることができる[9]。私も9 月 10 日にファーストビームを出すと世界に宣言したが，CERN に滞在中だったので，放映会場に 20 分前に行ったらその前に LHC へのビーム入射テストを，入射といわずシン

満員で入場禁止のテープが張られていた。あわてて別の会

クロナイゼーションテストと表現を変えて実施した。8 月

場に行き，ドア近くで立っている大勢の人たちを強引にか

8 − 11 日には時計回り方向入射とセクター23 部のビーム輸送が，8 月 22 − 25 日には反時計回りの入射とセクター78 部の輸送が実施され成功した。8 月 9 日のテストではビームを曲げて超伝導マグネットに当てるテストが行われ，4 × 109個の陽子で超伝導マグネットがクエンチすることを確認した。これは 1987 年に計算されていた予言とよく一致した。
さらに直前の 9 月 5 − 9 日にはセクター34, 45, 67 のビーム輸送にも成功した。この際，いくつかのマグネットの極性のつなぎ間違いが見つかり修正した。この事前の極性の修正がなかったら，9 月 10 日のファーストビームはすんなり進まなかったはずである。ビームを使って口径テストも行
われ，ビームパイプ中に障害物がないことが確認された。

図 8 加速器コントロールルームで壁の上のスクリーンを見守る運
転員・歴代所長らの姿。

3.3 ファーストビームとメディアディ

き分けて階段状の通路に座り込んで眺めていた。9 時 40 分

9 月 10 日の LHC ファーストビームイベントは予想以上

から時計回りのビーム入射が始まり，約 10 分おきにセクターに注目を集めた。300 人以上の報道関係者が CERN に押しを一つずつビームが進んでいった。緑色のビームスクリー

寄せ，図 7 のようにロゴを LHC で巻いて載せてくれた Google

ンモニターに黄色のスポットが瞬く度に拍手が会場から起こった。BPM で測られたビームの軌道のズレが，10 分後に次のセクターに進むときには ±2 mm 以内に補正されているのには感動した（図 9）。最後のセクターのコリメータを

図7

成功を祝うグーグルロゴ。

開けてビーム一周が初めて達成する直前には会場はシーン

168
ビームが 300 回リングを回った。三日間にわたってビーム調整が続けられ，反時計回りのビームを RF キャプチャー
してリングを 30 分以上周回することにも成功した。ビーム

LHC 加速器リーダーの振舞はあまりにも教科書通りなので，の Lyn Evans は「まるで昔（LEP のことか）の旧い友達に会ったみたいだ。」と述べた。
図9

BPM で測られたビームの位置（V, H）はすぐ補正されて次アトラス実験チームでは，同じファーストビームディにの入射では小さくなっていた。

各々の参加国の報道機関と CERN をハイビジョン TV で個と静まり，固唾を飲むという言葉がぴったりだった。10 時

別に結び，中継インタビューをしてビーム周回の成功を祝

28 分にビームスクリーンに二つのスポット（入射したものいあった。日本と CERN アトラス実験チームでは KEK 機と一周したもの）が見えると，歓声と拍手がしばらく続い

構長・素核研所長や山本明氏と報道機関 10 社の参加を得て，た。この光景と会場の熱気は，もう自分は死ぬまで見ない

前日に行った。詳しくは徳宿克夫氏が書いている[10]。

し経験しないだろうと，なぜか私はそのとき思った。アト

その後，予定では 450 + 450GeV での衝突を行う予定でラスコントロールルームでのその瞬間のスナップ写真がそあったが，三日目に冷却系用の古い 12 kVA 高圧変電器の熱気を伝えている（図 10）。ATLAS, CMS, ALICE, LHCb

（ 30 tons ）が壊れたため一週間の運転停止となった。

などの実験装置は，ともに上流のビームダンプから発生す
る多量のミューオンなどを観測した（図 11）。
反時計回りのビーム周回は冷却系の調整でやや時間がか
かり午後 3 時に成功した。午後９時 30 分には反時計回りの4.

大量のヘリウム漏れ事故

以下の情報は 10 月 15 日に発表された中間報告から抜粋したものである。詳しくは[11]に記述されている。

9 月 10 日に成功したファーストビームの直前までは，8セクターのうち，6 セクターまでが 5.5 TeV 相当，一つが5.3 TeV 相当の電流までパワーテストされていた。セクター34 のみが 4 TeV までしかテストされてなかった（結果論ではあるが，もし事前にこの魔のセクター34 を 5 TeV までパ
ワーテストしていたとしたら，事故はファーストビーム成功の前に起こっていたことになり，CERN は政治的にも大変な窮地に陥っていたことになる…。）ので，ビーム再開直前の 9 月 19 日にセクター34 のパワーテストを行った。電流が 8.7 kA （ 5.15 TeV 相当）に達した 11 時 18 分に，ダイ
図 10 アトラスコントロールルームでビームの初周回成功を喜ぶ
アトラスチーム。

ポール C24 と四極マグネット Q24 の間をつなぐ超伝導ケー
ブルバスの結線部で抵抗領域が発達した。0.39 秒後に抵抗による電圧が 1 V になって電源が電流上昇を保持できなくなり，0.46 秒でトリップしスロー減電モードになり，0.86 秒
後に速い電流減少が始まった。最初の 1 秒で電気的なアークが発生しヘリウム容器に穴が開き，断熱真空容器の中へ
液体ヘリウムが漏れ出した。3 秒後にビームパイプ#1 が，4 秒後にビームパイプ#2 の真空が劣化した。それ以後起こったことの詳細も技術報告[11]に載っているが，省略して以下に主要な項目を抜粋する。

• 約 100 台のマグネットのクエンチ検出器が動作しヒーター
トリガーによるクエンチが発生した。

• 漏れ出した液体ヘリウムにより真空容器内の圧力が上昇
し，スプリング型安全弁が開きヘリウムがトンネル内に
図 11

アトラスで初めてのビームイベントを観測。

漏れ出した。

169• しかしいくつかの真空容器のサブセクターでは圧力を速器複合施設の建設・運転に携わるチームの技術の証であ

0.15 MPa 以下に保つことができず，隣のサブセクターとる。われわれはそれと同様の厳格さと応用力をもって今回の間の真空隔壁に大きな力がかかり破壊された。

の痛手を克服できると信じている。」と述べた[12]。LHC と• その力でいくつかのダイポールマグネットが物理的に動同様の大型超伝導加速器を持つフェルミラボと DESY など

かされ，四極マグネットを入れた短直線部（SSS）は支持

からは「LHC は非常に複雑な装置であり，大規模でかつ多ジャッキからずれて，一部ではトンネルのコンクリート

くの分野で技術の粋を尽くしている。特に運転初期には一床のアンカーが破壊された。

時的な運転停止を引き起こすことがある。」などの励ましと• セクター全体の 15 トンのヘリウムのうち 2 トン分は速い

協力のメッセージが寄せられた。

速度でトンネル内に漏れ出し，酸欠による緊急停止が働2008 年 11 月末での事故調査と修復作業の進展状況は以いた。電源回復までの間にさらに 4 トンのヘリウムが失下にリストアップしたが，情報が多岐なのですべては網羅

われた。トンネル内の酸欠状態は約 6 時間後に解消されしていないし，表現は必ずしも正確ではない場合もある。

た。

• 事故発生直前に予兆があったか詳しく調べた結果，熱の• 点検により，スス状の塵によって汚れが広がっているこ

消費がわずかに増える兆候が確認できた。

とが判明した。この塵はビームパイプの中にも，ある長• マグネット・バスバー・結線部を含んでクエンチ検出シさにわたって広がっていた。また断熱真空容器のスーパー

ステムの大幅な改善を行い，電圧と熱の予兆を検出しイ

インシュレーション層にも損傷があった。

ンターロックを強化する。このために約2,000台のクレー

事故の直接原因はマグネットの間の結線部での抵抗値の増

トと 160 km のケーブルを新たに設置する。

加→発熱→アーク発生である。この結線部では図 12 に示す• 真空容器についている安全解放弁の容量と数を増強して，ように両マグネット端からの超伝導ケーブルは長方形の安設計の 40 倍，この事故の 2 倍の液体ヘリウム漏れに対応定化銅と 3 枚のスズ銀ハンダ板に挟まれて電磁誘導ハンダできるようにする。すべてのダイポール（現在冷えてい付けされている。ジョイントあたりの発熱を 100 mW 以下

るものを除く）に安全解放弁を付ける。

に抑えるため接続部の抵抗は 0.5 nΩ 以下であることが要求されている。今回の原因の結線部の抵抗は 200 nΩ 程度だったと推定されている。おそらくハンダ板をハンダ付けの際• 真空隔壁付近の外部支持を強化する。
• アクセス規則を再調査し改善強化する。

に入れ忘れたのではと推定されるが，その部分は溶解して• 三つのセクターを常温まで上げる。

しまったので確認できない。ちなみにこのようなケーブル• CERN 内外から約 100 人のマンパワーを動員する。建設

接続部はリング全体で 10,000 ヵ所以上ある。

時に参加したエキスパートを確保した。

• 年内に 39 台のダイポールと 14 台の SSS を取り外し，約20 台のスペアーダイポールを据え付ける。12 月 5 日までに 12 台のダイポールと 6 台の SSS が地上に搬出された。

• マグネットは修理規模の大小で 3 種類に分類して修理する。修理されたら地上で冷却励磁テストを行う。

• ビームパイプの内部汚染は，取り出したマグネット以上には広がっていなかった。

• 低い電流で抵抗の生じている場所を特定する強力な方法が開発され，冷えているセクターで系統的な検査を行っ
図 12 マグネット間の接続作業写真とアーク発生場所と推定される超伝導バスバーの位置と結線部分の拡大図。

CERN は翌日の 9 月 20 日にプレスリリースで事故を発表し，さらに 9 月 23 日にはビーム運転の再開は 2009 年にな「9 月 10 日の LHCると発表した。発表の中で Aymar 所長は，運転開始で大成功を収めた直後の事故だけに，精神的ダメー
ジであることは間違いない。しかし，LHC のファーストビー
ム入射成功は，何年にもわたる綿密な準備と，CERN の加ている。二つのダイポール内部の結線で基準より大きな抵抗が見つかった。ただそれらは地上でも地下でも既にフル励磁に成功している。マグネット間の結線部では基準以上の抵抗は見つかっていない。

• マグネットの過去の地上テストのデータを注意深く再調査している。

• バスバーの保護を強化し，似たような事故が発生しても連鎖的な破壊が起こらないようにする。

170• クエンチトレーニング作業は行わないので，運転再開後は最初に，日本政府が LHC 加速器の建設に協力を宣言したのビームエネルギーは 7 TeV には達しない。おそらく時に，CERN 側が用意したダルマに与謝野大臣が片眼を入5 TeV の運転になると予想される。

れたいわくつきのものである[14]。CERN 所長室に 13 年半

12 月 5 日に CERN はプレスリリースで「2009 年 3 月まで座り続けた後，ようやく LHC が完成して両眼が入ったことに，セクター34 のマグネットをすべて据え付ける。2009 年になる。

6 月末までに，LHC を冷却してパワーテストができる状態にする。」と発表した[13]。

5.

LHC 完成記念祝賀会

10 月 21 日の LHC 完成記念祝賀会に参加する各国代表は，午前中には夫々の国担当者に公式ガイドされて実験装置や加速器の見学を済ませた。日本代表の山内文科副大臣らの一行は中田達也氏（ローザンヌ工科大学，前 LHCb グルー
プスポークスパーソン）と池田仁美氏（KEK 加速器）にエ
スコートされて ATLAS, LHC トンネル, LHCb を見学した。
午後 3 時からの式典は，スイス大統領 P. Couchepin 氏，
フランス首相 F. Fillon 氏はじめ関係国の大臣，著名な物理図 14

山内文科副大臣によるダルマの眼入れ式。白髪の人がLlewelyn Smith 元所長，右端が Aymar 現所長。

学者ら約一千名を招待して，超伝導マグネットが組み立て完成式典は LHC 建設に参加した会社や組織からの寄付でられた建物を会場にしておごそかに行われた。報道陣の見可能になった。おごそかな式典の夜には CERN の職員らの守る中，各国代表が二台のオートバイに先導されて黒塗り

祝賀会 LHCFest が同じ会場で開かれ，3,000 人以上の参加の自動車で次々と分刻みで会場に乗りつけた。代表らの写者があり，映像や演奏や踊りなどで深夜まで盛り上がった。

真撮影（図 13）後，CERN 所長や各国代表のスピーチ（内LHC 完成祝賀式典と LHCFest の写真と映像は LHC2008 に容の一部は[10]参照）に続き，Carolyn Kuan の指揮でスイまとめられ，今でもウエブで見ることができる[15]。

スロマンドオーケストラが新作の audiovisual コンサート“ORIGINS”を演奏するなかで“LIFE: A Journey ThroughTime”というナショナルジォグラフィック写真家作成によ6.

CERN の将来計画案

る映像が映し出された。生演奏を聴きながら CG ビッグバ

LHC 完成がほぼ確実になった 2006 年に，CERN は ECFA

ンから遠い銀河・火山・雲・花・砂漠・鳥の群が交叉すると協力して欧州の高エネルギー物理学の戦略を立てた。

スクリーンを見ていると，悠久の流れを泳いでいるような

CERN 設立時の文書に書かれた「CERN 理事会は欧州全体気分になった。

の粒子物理の責任を持つ。」という点を Aymar 所長が強調して実現したものである。欧州全体からの粒子物理研究者を集めた二つのワークショップを経たのち，2006 年 7 月のリスボンでの特別理事会で承認された「粒子物理学における欧州の未来戦略」[16]によると，優先度順に

1. LHC の物理の可能性を最大限に引き出すルミノシティ
アップグレードに向けての開発。

2. 最前線の加速器技術開発（CLIC，高性能マグネット，
高強度ニュートリノ）の強化。
図 13

LHC 完成記念祝賀会での参加国代表者。

3. 2010 年頃の評価に向けてのリニアーコライダーの設計と技術的な準備。

式典後はマグネットの地上テスト棟で著名なシェフによるビュッフェが提供された。その会場で特別にセットされ4. ニュートリノプログラムの促進。

たイベントが日本代表の山内文部科学副大臣によるダルマ

5. 非加速器実験の調整と協力。

セレモニーである（図 14）。このダルマは 1995 年 6 月の理などが挙げられている。この欧州戦略に基づいて，CERN

事会に与謝野文部大臣が出席して，CERN 非加盟国としては LHC 完成のために 2008 − 2011 年の 4 年間に総計で 240

171
MCHF の追加予算を加盟国に認めてもらった。また最近，[5] CERN プレスリリース PR06.08（2008 年 8 月 7 日）

欧州戦略のための事務組織を CERN 理事会の下に置くこと[6] You-Tube CERN black hole：になった。

http://jp.youtube.com/

2008 年 4 月には，LHC の高輝度アップグレード（SLHC）に向けての R&D を開始する会が CERN で開かれた[17]。

watch?v=M3iMX8xzofc&feature=related[7] S. Giddings and M. Mangano, Phys. Rev. D78, 035009

LHC アップグレードを二段階に分け，Phase-1 では 2013 年(2008).

に ATLAS と CMS の衝突点光学を新しい Nb-Ti 超伝導マグ

J. Ellis et al., J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 35 (2008)
115004.

ネットでアップグレードする。Phase-2 では現在建設が始まった 160 MeV の Linac4 に引き続いて 4 GeV の SPL（Super-

conducting Proton Linac）と 50GeV の PS2 を建設する案が出されている。
一方，CLIC（Compact Linear Collider）の開発は 1990
年代から CERN で進められてきた。2010 年までに CLIC の

2 ビーム加速方式の原理を実証する加速器施設 CTF3 が
CERN で完成する予定である。CLIC は当初は 30GHz の高周波数での加速を目指していたが，最近になって 12GHz に変更された。実証テストが成功した後は 2010 年代に CLIC
計画の技術設計に進む予定になっている。
欧州戦略に基づくことは明確なものの，2010 年代の CERNの具体的な将来計画は，LHC 運転の開始，2009 年からのRolf Heuer 所長の就任，2011 年までの LHC ローンの支払
い，LHC から出てくる物理結果などの要素で，まだかなり[8] 2008.6.20 CERN プレスリリース PR05.08 と安全性について（10 ヵ国語の翻訳付き）

2008.9.05 CERN プレスリリース PR07.08
http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/
Safety-en.html
http://en.wikipedia.org/wiki/
Safety_of_the_Large_Hadron_Collider
http://www.kek.jp/ja/news/topics/2008/
LHCsafety.html[9] CERN によるファーストビーム動画：
http://cdsweb.cern.ch/record/1125916[10] LHC のビーム初周回の中継放映を巡って，
徳宿克夫，加速器学会誌 2009 年（投稿中）

流動的であると思われる。2007 年に理事会に出された中期[11] 2008.10.16 CERN プレスリリース PR14.08

計画の文書[18]には，国際的な計画との関連に関し，「二つ2008.12.5 CERN プレスリリース PR17.08のプログラム（LHC アップグレードと CLIC の技術設計）

およびそれらに付随する詳細技術レポートに肯定的な決定がなされれば， 2011 − 2016 年の間に，予算[12] 2008.9.20 CERN プレスリリース PR09.08の範囲内で CERN が他の大きなプログラム（ILC または2008.9.23 CERN プレスリリース PR10.08

ニュートリノファクトリー）に実質的に参加することは不[13] 2008.9.23 CERN プレスリリース PR17.08

可能である。しかし二つのプログラムのどちらも認められない場合，あるいは欧州の中でもっと野心的な活動と支援が期待されるならば，上記の立場は全面的に変わることもありうる。」との記述が見受けられる。
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このページには事故現場の写真が載せられている。

[14] LHCMilestone1995 参照
http://lhc-milestones.web.cern.ch/LHC-Milestones/
year1995-en.html[15] LHC2008 https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/[16] 本文と和訳は以下にある。

参考文献・ウエブページ[1] 日本物理学会誌 2007 年 12 月号 小特集：
「LHC 実験が始まる」[2] LHC ダッシュボード：http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/DashBoard/index.asp[3] LHC 冷却状況：http://lhc.web.cern.ch/lhc/[4] 高エネルギーニュース 27-2：LHC ビーム最終収束超伝
導四極磁石の開発とコミッショニング，中本健志・佐々木憲一

http://atlas.kek.jp/sub/CERN-LHC/StrategyJ.pdf[17] SLHC kick-off meeting
http://indico.cern.ch/conferenceDisplay.py?confId=30583[18] CERN/2728/Rev. 15 June 2007