«Κοντά στη λίμνη της Γενεύης, το CERN – το κορυφαίο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Σωματιδιακής Φυσικής – πρωτοπορεί με τον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο: τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Μέσα από την τεχνολογία αιχμής, οι επιστήμονες εξερευνούν τα θεμέλια του σύμπαντος, αναζητώντας απαντήσεις για τη σκοτεινή ύλη και άλλα μυστήρια της φύσης. Η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs – του «σωματιδίου του Θεού» – αποτελεί ήδη ορόσημο που άλλαξε για πάντα την κατανόησή μας για την ύλη και τη μάζα.»
«Υπερμεγέθεις ανιχνευτές»
«Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων εκτείνεται σε μια υπόγεια σήραγγα μήκους 27 χιλιομέτρων, εξοπλισμένη με προηγμένα σημεία μέτρησης και ανιχνευτές ATLAS και CMS. Στο εσωτερικό τεράστιων κοιλοτήτων βρίσκονται κύλινδροι που ζυγίζουν όσο ο Πύργος του Άιφελ – μια εντυπωσιακή απόδειξη της ανθρώπινης τεχνολογικής υπεροχής. Για τους ερευνητές, αυτό το έργο είναι ένα παράθυρο που ανοίγει νέους ορίζοντες στη γνώση του σύμπαντος.»
«Ο ATLAS δημιουργήθηκε για να φέρει στο φως νέα σωματίδια που προκύπτουν από συγκρούσεις πρωτονίων υψηλής ενέργειας. Η συμβολή του είναι καθοριστική σε μελέτες που εξερευνούν επιπλέον διαστάσεις, την ενοποίηση των δυνάμεων και τα μυστήρια της σκοτεινής ύλης – ανοίγοντας νέους ορίζοντες στη γνώση του σύμπαντος.»
«Ο ανιχνευτής CMS αναπτύχθηκε για να μελετά σωματίδια που παράγονται σε συγκρούσεις πρωτονίων και βαρέων ιόντων. Οι ερευνητές αναζητούν απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα όπως: «Γιατί ο κόσμος είναι όπως είναι;», «Γιατί ορισμένα σωματίδια ζυγίζουν περισσότερο από άλλα;» και «Από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη στο σύμπαν;»
«Για να εξερευνήσουν τα κρυμμένα μυστικά, οι ανιχνευτές ATLAS και CMS χρησιμοποιούν ακριβείς μετρήσεις για να καταγράφουν την πορεία, την ορμή και την ενέργεια των απελευθερωμένων σωματιδίων χωρίς σφάλματα. Οι ανιχνευτές καλύπτονται με μονάδες αισθητήρων πυριτίου (άνω των εκατό τετραγωνικών μέτρων η καθεμία) που καταγράφουν τις συγκρούσεις σωματιδίων, οι οποίες παράγουν πάνω από ένα δισεκατομμύριο αλληλεπιδράσεις το δευτερόλεπτο.»
Αριστερή εικόνα: Οι ανιχνευτές ATLAS και CMS στο εργαστήριο CERN στην Ελβετία χρησιμοποιούν ακριβείς μετρήσεις για να καταγράφουν την πορεία, την ορμή και την ενέργεια των απελευθερωμένων σωματιδίων. Ο ανιχνευτής CMS μελετά σωματίδια που παράγονται σε συγκρούσεις πρωτονίων και βαρέων ιόντων Φωτογραφία: CERN
Δεξιά εικόνα: Ο ανιχνευτής ATLAS χρησιμοποιείται για την ανακάλυψη σωματιδίων που προκύπτουν από μετωπικές συγκρούσεις πρωτονίων. Η έρευνα συμβάλλει σε μελέτες για επιπλέον διαστάσεις, την ενοποίηση των δυνάμεων και τη σκοτεινή ύλη. Φωτογραφία: CERN
Διατηρώντας τη θερμοκρασία χαμηλά
Για να διασφαλιστεί απόλυτη ακρίβεια στις μετρήσεις και προστασία των αισθητήρων πυριτίου από την έντονη ακτινοβολία, απαιτούνται θερμοκρασίες που αγγίζουν τους -55 °C. Παράλληλα, τα ηλεκτρονικά και οι αισθητήρες δημιουργούν σημαντική θερμότητα που πρέπει να απομακρυνθεί αποτελεσματικά.
Κατά τη διάρκεια μιας προγραμματισμένης μεγάλης διακοπής από το 2026 έως το 2029, ο επιταχυντής LHC και τα πειράματά του θα υποβληθούν σε σημαντική αναβάθμιση. Ένα μέρος αυτής περιλαμβάνει την πλήρη αντικατάσταση των ανιχνευτών πυριτίου για την παρακολούθηση σωματιδίων.
«Η ATLAS και η CMS θα χρησιμοποιούν ένα διφασικό σύστημα ψύξης CO2 για όλους τους ανιχνευτές πυριτίου και τους ανιχνευτές θερμομέτρων τελικού καπακιού. Το σύστημα επιτρέπει υψηλή μεταφορά θερμότητας σε χαμηλό ιξώδες και εύρος θερμοκρασίας που είναι κατάλληλο για τη λειτουργία του ανιχνευτή», λέει ο Cooling Engineer και CMS Coordinator Jérôme Daguin από το CERN.
Το σύστημα ψύξης θα βασίζεται σε παράλληλες αρθρωτές μονάδες που κυκλοφορούν το CO2 μέσω ειδικών εξατμιστήρων. Κάθε μονάδα ψύξης θα είναι εξοπλισμένη με μια ειδική αντλία με διάφραγμα για την κυκλοφορία του υγρού CO2.
Για την ακριβή και ασφαλή εισαγωγή του ψυκτικού μέσου, το CERN συνεργάζεται και πάλι με τους ειδικούς στις αντλίες της LEWA, μιας εταιρείας του Ομίλου Atlas Copco. Για την ακριβή και συνεχή τροφοδοσία του χρησιμοποιούμενου υγρού CO2 στο κύκλωμα ψύξης χρησιμοποιούνται δοσομετρικές αντλίες με διάφραγμα LEWA διαφόρων μεγεθών.
Υπερβαίνοντας τα όρια
Οι δοσομετρικές αντλίες με διάφραγμα ελέγχθηκαν ειδικά για τις απαιτήσεις του CERN. Τόσο το CERN όσο και η LEWA δεν ήθελαν να αφήσουν τίποτα στην τύχη όταν πρόκειται να διασφαλίσουν ότι η μεταφορά του εξελιγμένου ψυκτικού μέσου από τα σπήλαια σέρβις στους ανιχνευτές θα γινόταν χωρίς σφάλματα. Για την προσαρμοσμένη απομακρυσμένη έκδοση κατασκευάστηκαν αρκετά πρωτότυπα, τα οποία λειτουργούσαν ως δοκιμαστήρια υπό πραγματικές συνθήκες. Δοκιμάστηκαν πρώτα με νερό, στη συνέχεια καθαρίστηκαν με αιθανόλη και στη συνέχεια δοκιμάστηκαν σε συνεχή λειτουργία με CO2.
«Ήταν σημαντικό να εφαρμοστεί μια στιβαρή, ανθεκτική λύση. Ο κατάλογος απαιτήσεων ήταν αρκετά φιλόδοξος και απαιτούσε κάποιες πολύ ιδιαίτερες προσαρμογές», εξηγεί ο Wieland Wolff, Area Sales Manager της LEWA.
Για παράδειγμα, οι υπάρχουσες στεγανοποιήσεις της βασικής έκδοσης επικυρώθηκαν πρώτα και στη συνέχεια αντικαταστάθηκαν από πιο κατάλληλες εκδόσεις. Για να αποτραπεί η ακούσια ενεργοποίηση των προειδοποιητικών συναγερμών CO2 μετά την επιτόπια εγκατάσταση, οι αεροστεγείς μονάδες επικαλύφθηκαν επίσης με το φθοροπολυμερές PTFE σε κρίσιμα σημεία. Επιπλέον, η μονάδα μετάδοσης κίνησης και η κεφαλή μετάδοσης κίνησης τροποποιήθηκαν ώστε να παρέχουν κατάλληλα σημεία μέτρησης για τα όργανα του CERN.
Επιπλέον, η προωθούμενη θερμοκρασία στη μονάδα μετάδοσης κίνησης δεν πρέπει να πέσει κάτω από τους -20 °C. Για τον σκοπό αυτό, οι μηχανικοί της LEWA προστέθηκαν ένας παλινδρομικός σωλήνας, στον οποίο το υδραυλικό λάδι μπορεί να θερμανθεί, αποτρέποντας την εισχώρηση του -55 °C CO2 στη μονάδα μετάδοσης κίνησης.
Η διαδικασία επιταχυντή σωματιδίων LHC βασίζεται σε ψυχρές θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται από τις δοσομετρικές αντλίες με διάφραγμα της LEWA, μιας μάρκας του Ομίλου Atlas Copco.
Συνεργασία με αξία και όφελος
Οι εκτεταμένες προπαρασκευαστικές εργασίες ανταμείφθηκαν και η LEWA ξεκίνησε τώρα την παράδοση της πρώτης παρτίδας συνολικά 18 αντλιών ecoflow LDG.
Οι αντλίες εγκαθίστανται μακριά από τους ανιχνευτές στα σπήλαια σέρβις, εκτός της περιοχής ακτινοβολίας και μαγνητικού πεδίου που βρίσκονται στα πειραματικά σπήλαια. Αυτό επιτρέπει τον έλεγχο από την αίθουσα ελέγχου μέσω ηλεκτρικής ρύθμισης διαδρομής και μετατροπέα συχνότητας, εξαλείφοντας την ανάγκη παρουσίας εργαζομένων στο εργοτάξιο.
Οι αντλίες είναι εγκατεστημένες μακριά από τους ανιχνευτές, στις βοηθητικές κοιλότητες, έξω από την περιοχή ακτινοβολίας και μαγνητικού πεδίου που υπάρχει στις πειραματικές κοιλότητες. Αυτό επιτρέπει τον έλεγχο τους από την αίθουσα ελέγχου μέσω ηλεκτρικής ρύθμισης διαδρομής και μετατροπέα συχνότητας, εξαλείφοντας την ανάγκη παρουσίας προσωπικού επί τόπου.
Περισσότερες πληροφορίες θα βρείτε στη διεύθυνση: www.lewa.com και www.atlas.cern
