Genevenjärven läheisyydessä sijaitsevassa European Laboratory for Particle Physics (CERN) -laboratoriossa toimii maailman suurin hiukkaskiihdytin, Large Hadron Collider (LHC). Tutkijat tutkivat hiukkaskiihdyttimellä fysiikan peruskysymyksiä ja yrittävät määrittää esimerkiksi tumman aineen koostumusta. He ovat jo todistaneet Higgsin bosonin eli "Jumalan hiukkasen" olemassaolon, joka antaa massansa kaikille muille alkuainehiukkasille.
Jättikokoiset ilmaisimet
LHC-hiukkaskiihdytin on noin 27 kilometriä pitkä jättimäinen rengastunneli, jossa on neljä mittauspistettä, mukaan lukien kaksi yleisilmaisinta: ATLAS ja CMS. Vaikuttavat sylinterit, jotka painavat yhtä paljon kuin Eiffel-torni, lepäävät valtavien luolien sisällä. Tutkijoille tämä on ikkuna maailmankaikkeuden salaisuuksiin.
ATLAS-ilmaisin kehitettiin tekemään uusia hiukkaslöytöjä protonien etutörmäyksistä. Tutkimus edistää ylimääräisten ulottuvuuksien, voimien yhdistämisen ja pimeän aineen tutkimista.
CMS-ilmaisin kehitettiin tutkimaan protoni-protoni- ja raskasionitörmäyksissä syntyviä hiukkasia. Tutkijat haluavat löytää vastauksia peruskysymyksiin, kuten: "Miksi maailma on sellainen kuin se on?", "Miksi jotkin hiukkaset painavat enemmän kuin toiset?" ja "Mistä maailmankaikkeuden pimeä aines koostuu?"
Piilossa olevien salaisuuksien selvittämiseksi ATLAS ja CMS käyttävät tarkkoja mittauksia tallentaakseen vapautuneiden hiukkasten reitin, vauhdin ja energian virheettömästi. Ilmaisimet on peitetty piianturimoduuleilla (yli sata neliömetriä jokainen), jotka rekisteröivät hiukkasten törmäykset, jotka aiheuttavat yli miljardi vuorovaikutusta sekunnissa.
Vasen kuva: Sveitsissä sijaitsevan CERN-laboratorion ATLAS- ja CMS-ilmaisimet mittaavat tarkkuudella vapautuneiden hiukkasten kulkureitin, vauhdin ja energian. CMS-ilmaisin tutkii protoni-protoni- ja raskasionitörmäyksissä syntyviä hiukkasia. Kuvalähde: CERN
Oikea kuva: ATLAS-ilmaisinta käytetään hiukkasten löytämiseen protonien etutörmäyksistä. Tutkimus edistää ylimääräisten ulottuvuuksien, voimien yhdistämisen ja pimeän aineen tutkimista. Kuvalähde: CERN
Pysy viileänä
Jotta mittaukset olisivat tarkkoja ja jotta suuri säteilyannos ei vahingoittaisi piiantureita, vaaditaan jopa -55 °C:n lämpötilaa. Elektroniikka ja anturit tuottavat myös paljon lämpöä, joka on poistettava.
Vuosina 2026-2029 suunnitellun pitkän seisokin aikana LHC-kiihdytin ja sen kokeilut käyvät läpi merkittävän päivityksen. Yksi osa on piin jäljitysilmaisimien täydellinen uusiminen.
"ATLAS ja CMS käyttävät kaksivaiheista CO2 -jäähdytysjärjestelmää kaikissa piiseuraimissaan ja päädyn kalorimetriilmaisimissaan. Järjestelmä mahdollistaa suuren lämmönsiirron alhaisella viskositeetilla ja lämpötila-alueella, joka sopii hyvin ilmaisimen käyttöön", sanoo CERNin jäähdytysinsinööri ja CMS-jäähdytyskoordinaattori Jérôme Daguin.
Jäähdytysjärjestelmä perustuu rinnakkaisiin modulaarisiin yksiköihin, jotka kierrättävät CO2 -kaasua erityisten höyrystimien kautta. Jokainen jäähdytysmoduuli on varustettu erityisellä kalvopumpulla nestemäisen CO2 :n kierrättämiseksi.
CERN tekee jälleen yhteistyötä Atlas Copco Groupiin kuuluvan LEWA-tuotemerkin pumppuasiantuntijoiden kanssa, jotta jäähdytysaine voidaan tuoda markkinoille tarkasti ja turvallisesti. Erikokoisilla LEWA-kalvoannostelupumpuilla syötetään jäähdytyspiiriin käytettävää nestemäistä CO2 -kaasua tarkasti ja jatkuvasti.
Rajojen ylittäminen
Kalvoannostelupumput testattiin erityisesti CERN:n vaatimusten mukaisesti. CERN ja LEWA eivät halunneet jättää mitään sattuman varaan, kun haluttiin varmistaa, että hienostunut jäähdytysaine kuljetetaan huoltoluolasta ilmaisimeen virheettömästi. Mukautettua etäversiota varten rakennettiin useita prototyyppejä, jotka toimivat testipenkkeinä todellisissa olosuhteissa. Ne testattiin ensin vedellä, puhdistettiin sitten etanolilla ja testattiin sitten jatkuvassa käytössä CO2 :lla.
"Tärkeää oli ottaa käyttöön vankka ja kestävä ratkaisu. Vaatimusluettelo oli melko kunnianhimoinen ja vaati erityisiä muutoksia", kertoo LEWAn aluemyyntipäällikkö Wieland Wolff.
Esimerkiksi perusversion olemassa olevat tiivisteet validoitiin ensin ja korvattiin sitten sopivimmilla versioilla. Jotta CO2 -varoitushälytykset eivät laukeaisi vahingossa asennuksen jälkeen, hermeettisesti suljetut yksiköt pinnoitettiin myös fluoropolymeeri-PTFE:llä kriittisissä kohdissa. Lisäksi käyttöyksikköä ja käyttöpäätä muokattiin siten, että ne tarjosivat asianmukaiset mittauspisteet CERN:n instrumenteille.
Lisäksi käyttöyksikön syöttölämpötila ei saa laskea alle -20 °C:een. Tätä varten LEWAn insinöörit lisäsivät kiertoputken, jossa hydrauliöljy voi lämmetä ja estää -55 °C:n CO2 -kaasua pääsemästä käyttöyksikköön.
LHC-hiukkaskiihdytinprosessi perustuu viileisiin lämpötiloihin, jotka mahdollistavat Atlas Copco Groupiin kuuluvan LEWA-tuotemerkin kalvoannostelupumput.
Molemminpuoliset edut
Laaja valmistelutyö on kannattanut, ja LEWA on nyt aloittanut yhteensä 18 ecoflow LDG -pumpun ensimmäisen erän toimittamisen.
Pumput asennetaan etäälle huoltoluolissa olevista ilmaisimista, kokeiluluolissa olevan säteily- ja magneettikenttäalueen ulkopuolelle. Niitä voidaan ohjata valvomosta sähkötoimisella iskunsäädöllä ja taajuusmuuttajalla, jolloin työntekijöiden ei tarvitse olla paikan päällä.
Kun nykyinen sammutus on valmis, asennetut pumput jäähdyttävät elektroniikkaa ja piiantureita monimutkaisen siirtolinjojen, jakeluputkistojen ja pienten jäähdytysputkien verkoston kautta.
Lisätietoja on osoitteessa: www.lewa.com ja www.atlas.cern
