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. Kuvan lähde: CERN
Jäähdytys kunnossa
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.
Vuosiksi 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 päätykalorimetri-ilmaisimissaan. 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 -konserniin kuuluvan LEWA-tuotemerkin pumppuasiantuntijoiden kanssa, jotta jäähdytysaine voidaan ottaa käyttöön tarkasti ja turvallisesti. Erikokoisilla LEWA-kalvoannostelupumpuilla syötetään jäähdytyspiiriin nestemäistä CO2 -kaasua tarkasti ja jatkuvasti.
Rajojen ylittäminen
Kalvoannostelupumput testattiin erityisesti CERNin vaatimusten mukaisesti. CERN eikä LEWA halunneet jättää mitään sattuman varaan varmistettaessa, että kehittyneen jäähdytysaineen kuljetus huoltotiloista ilmaisimille tapahtuisi virheettömästi. Muutettuun etäkäyttöversioon rakennettiin useita prototyyppejä, jotka toimivat koepenkeillä todellisissa olosuhteissa. Ne testattiin ensin vedellä, sitten puhdistettiin etanolilla ja lopuksi testattiin jatkuvassa käytössä hiilidioksidilla 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 sopivat 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 -konserniin kuuluvan LEWA-tuotemerkin kalvoannostelupumput.
Molemminpuoliset edut
Laajamittainen 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 löytyy osoitteesta: www.lewa.com ja www.atlas.cern
