Недалеч от Женевското езеро, Европейската лаборатория по физика на елементарните частици (ЦЕРН) работи с най-големия в света ускорител на частиците: Големият адронен ускорител(LHC). Изследователите използват ускоряването на частиците, за да изследват основните въпроси на физиката и да се опитат да определят състава на тъмната материя, например. Те вече са доказали съществуването на бозона на Хигс, „Частицата на Бога“, която дава масата на всички други елементарни частици.
Свръхголеми детектори
Ускорителят на частици LHC е гигантски пръстеновиден тунел, дълъг около 27 километра и снабден с четири измервателни точки, включително два детектора с общо предназначение: ATLAS и CMS. Впечатляващите цилиндри, които тежат толкова, колкото Айфеловата кула, лежат в огромни пещери. За изследователите това е прозорец към тайните на Вселената.
Детекторът ATLAS е разработен, за да прави нови открития на частици, произтичащи от челни сблъсъци на протони. Откритията допринасят за изследванията на допълнителните измерения, обединяването на силите и тъмната материя.
Детекторът CMS е разработен за изследване на частици, произведени при сблъсъци протон-протон и тежки йони. Изследователите искат да намерят отговори на фундаментални въпроси като: "Защо светът е такъв, какъвто е?", „Защо някои частици тежат повече от други?“ и „Какво съставлява тъмната материя във вселената?“
За да проучат скритите тайни, АТЛАС и CMS използват прецизни измервания, за да записват пътя, инерцията и енергията на освободените частици без грешки. Детекторите са покрити със силиконови сензорни модули (по повече от сто квадратни метра всеки), които записват сблъсъците на частици, които генерират над един милиард взаимодействия в секунда.
Ляво изображение: Детекторите ATLAS и CMS в лабораторията на ЦЕРН в Швейцария използват прецизни измервания, за да регистрират пътя, инерцията и енергията на освободените частици. Детекторът CMS изследва частици, произведени при сблъсъци протон-протон и тежки йони. Снимка: CERN
Дясно изображение: Детекторът ATLAS се използва за откриване на частици в резултат на челни сблъсъци на протони. Изследванията допринасят за изследванията на допълнителните измерения, обединяването на силите и тъмната материя. Снимка: CERN
Охлаждане
За да се гарантира, че измерванията са точни и че силициевите сензори не се повреждат от високата доза лъчение, са необходими температури до -55 °C. Освен това електрониката и датчиците генерират много топлина, която трябва да се отвежда.
По време на планираното дългосрочно спиране от 2026 до 2029 г. ускорителят LHC и неговите експерименти ще преминат през важна модернизация. Една част е пълната подмяна на детекторите за проследяване на силикон.
"ATLAS и CMS ще използват двуфазна система за охлаждане с CO2 за всичките си силиконови тракери и крайни капачкови калориметрични детектори. Системата позволява висок топлопренос при нисък вискозитет и температурен диапазон, който е добре подходящ за работа на детектора", казва инженерът по охлаждане и координаторът по охлаждане на CMS Jérôme Дагин от CERN.
Охладителната система ще се основава на паралелни модулни модули, които циркулират CO2 през специални изпарители. Всеки охлаждащ модул ще бъде оборудван със специална мембранна помпа за циркулация на течния CO2.
За да въведе охлаждащата среда прецизно и безопасно, CERN отново работи с помпените експерти от LEWA, марка на Atlas Copco Group. Мембранните дозиращи помпи LEWA с различни размери ще се използват за прецизно и постоянно подаване на използвания течен CO2 в охлаждащия кръг.
Разширяване на границите
Мембранните дозиращи помпи са тествани специално за изискванията на CERN. Нито CERN, нито LEWA искаха да оставят нещо на късмета, когато ставаше въпрос за осигуряване на безупречен транспорт на сложната охлаждаща среда от сервизните пещери до детекторите. За адаптираната дистанционна версия бяха създадени няколко прототипа, които функционираха като изпитателни стендове в реални условия. Те са тествани първо с вода, след това са почистени с етанол и след това са тествани в непрекъсната работа с CO2.
"Беше важно да се внедри здраво, дълготрайно решение. Списъкът с изискванията беше доста амбициозен и изискваше някои много специални корекции", обяснява Вийланд Волф, Area Sales Manager от LEWA.
Например, съществуващите уплътнения на базовата версия бяха първо валидирани и след това заменени с по-подходящи версии. За да се предотврати неволно задействане на предупредителните аларми за CO2 след монтажа на място, херметичните модули също са покрити с флуорополимер PTFE в критични точки. Освен това задвижващият блок и задвижващата глава са модифицирани, за да осигурят подходящи точки за измерване за инструментите на CERN.
Освен това температурата на предаване на задвижващия блок не трябва да пада под -20 °C. За тази цел инженерите на LEWA добавиха бутална линия, в която хидравличното масло може да се нагрее, като по този начин се предотвратява достигането на -55 °C CO2 до задвижващия блок.
Процесът на ускорителя на частици LHC разчита на ниски температури, осигурени от мембранни дозиращи помпи от LEWA, марка на Atlas Copco Group.
Взаимна полза
Усилената подготовка се изплати и LEWA вече започна да доставя първата партида от общо 18 LDG помпи ecoflow.
Помпите са инсталирани далеч от детекторите в сервизните пещери, извън зоната на радиация и магнитно поле, намиращи се в експерименталните пещери. Това им позволява да се управляват от контролната зала чрез електрическо регулиране на хода и честотен преобразувател, което елиминира необходимостта от служители на място.
Когато текущото изключване приключи, инсталираните помпи ще охлаждат електрониката и силиконовите сензори чрез сложна мрежа от преносни линии, разпределителни колектори и малки охлаждащи тръби.
Допълнителна информация ще намерите на: www.lewa.com и www.atlas.cern
