Környezeti jellemzők mérése száloptikai Bragg-rácsokkal

Dolgozatom készítése során, egy 10 hónapos ösztöndíj keretében bekapcsolódhattam a mágnesek fejlesztésével foglalkozó MSC osztály munkájába CERN-ben. Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet részecskegyorsítójában, az LHC-ben alkalmazott Nb-Ti szupravezető mágnesek a szuperfolyékony He hőmérsékletén, 1,9 K-en üzemelnek. A következő generációs szupravezető anyagául a Nb3Sn-t választották, amivel 1,9 K-en a 15-16 T értékű mágneses tér is elérhető. Az óriási mágneses tér azonban akkora erőket kelt a tekercsben, hogy könnyen elképzelhető a tekercsben lévő vezetők mozgása. Ezek a mozgások a súrlódás következtében lokálisan felfűthetik a szupravezetőt. A létrejövő, láncreakció szerű quench-ek detektálására elektronikus érzékelőket alkalmaznak, amik ugyan képesek jelezni azok bekövetkezését, viszont jelentősen megnövelik az információt hordozó kábelek számát. Megoldást jelenthet, ha a tekercsek hőmérséklet-eloszlását FBG szenzorokkal figyeljük, amelyek érzéketlenek az elektromágneses térre, az optikai szálak szigetelő anyagból készülnek, hővezető képességük alacsony, továbbá a feladat megvalósításához szükséges FBG-k néhány szálon elhelyezhetők, így jelentősen csökkenthető a szükséges kábelek száma. Az FBG szenzorok hőmérsékletmérésre történő felhasználása igen elterjedt, számos példát találhatunk rá, mégis a nagy energiájú fizikában csak 2009-ben alkalmazták őket először, az LHC CMS detektoránál. A feladat nagysága abból fakad, hogy a hőmérsékletméréseket hatalmas tartományon kell elvégezni, ilyen extrém körülmények között azonban eddig még nem alkalmaztak FBG szenzorokat. Az előzetes kísérletek során megbizonyosodtunk arról, hogy mind az optikai szálak, mind pedig az FBG-k túlélik a 77 K, valamint a 4,2 K hőmérsékleteket. A hőmérsékletmérés során az FBG szenzorok működése főként a hőtágulás jelenségén alapszik, azonban a legtöbb anyag hőtágulása 30 K alatt lényegében jelentéktelenné válik. A további kísérletek megmutatták, hogy egy bizonyos hőmérséklet alatt az FBG-k már érzéketlenek annak változására, így olyan anyagokat kerestünk, amelyek ilyen tartományon is mérhető hőtágulással rendelkeznek. A kiolvasó rendszer a mérési eredményeket ASCII fájlokba menti, ami csak nehézkes kiértékelést tesz lehetővé. A hatalmas mennyiségű mérési adat tárolására egy speciálisan erre a célra optimalizált adatbázist készítettünk. Ezt követően olyan ROOT programot írtam, amely az ASCII fájlokat dolgozza fel és lehetővé teszi az adatok adatbázisba való feltöltését. A több száz Kelvines mérési tartomány miatt az FBG-k hullámhossz-eltolódása több nagyságrenddel nagyobb az általános felhasználás során mérhetőhöz képest. Ezért egy olyan programot kellett kidolgoznom, amely az FBG szenzorok hullámhossz-eltolódásait követve lehetővé teszi az egyes érzékelők azonosítását, s ami egy másodlagos csúcsszelekciót is felhasznál a szatellit csúcsok kiszűrésére. A kiértékeléshez írt programokban - az adatbázis nyújtotta lehetőségeket felhasználva - a méréseken átívelő összehasonlító elemzésnek vetettem alá a különböző anyagú hordozók viselkedését. Az utolsó négy mérési sorozat megmutatta, milyen anyaggal érdemes a további méréseket végezni. Az alkalmazott referencia hőmérők segítségével elkészítettem valamennyi hordozó esetén a hullámhossz-eltolódás - hőmérséklet grafikonokat. Ez a kiértékelési eljárás megerősítette a korábbi eredményeket.MscFizikusg