Nedaleko od Ženevskog jezera, Europski laboratorij za fiziku čestica (CERN) upravlja najvećim ubrzivačem čestica na svijetu: velikim hadronovim sudaračem (LHC). Istraživači koriste ubrzanje čestica kako bi istražili temeljna pitanja fizike i pokušali odrediti, primjerice, sastav tamne tvari. Već su dokazali postojanje Higgsovog bozona, „čestice boga”, koja svim drugim elementarnim česticama daje svoju masu.
Detektori velike veličine
LHC ubrzivač čestica je gigantski prstenasti tunel dugačak oko 27 kilometara i opremljen s četiri mjerne točke, uključujući dva opća detektora: ATLAS i CMS. Impresivni cilindri, koji teže koliko i Eiffelov toranj, nalaze se unutar golemih špilja. Za istraživače je to prozor u tajne svemira.
Detektor ATLAS razvijen je kako bi omogućio nova otkrića čestica koja su rezultat frontalnih sudara protona. Istraživanje doprinosi studijama o dodatnim dimenzijama, ujedinjenju sila i tamnoj materiji.
Detektor CMS razvijen je za proučavanje čestica proizvedenih u sudarima proton-proton i teških iona. Istraživači žele pronaći odgovore na temeljna pitanja kao što su: "Zašto je svijet onakav kakav jest?", „Zašto su neke čestice teže od drugih?” i „Što čini tamnu materiju u svemiru?”
Kako bi istražili skrivene tajne, ATLAS i CMS koriste precizna mjerenja za bilježenje puta, zamaha i energije otpuštenih čestica bez pogrešaka. Detektori su prekriveni silikonskim senzorskim modulima (po više od sto kvadratnih metara) koji bilježe sudare čestica, koji generiraju više od milijardu interakcija u sekundi.
Lijeva slika: ATLAS i CMS detektori u laboratoriju CERN u Švicarskoj koriste precizna mjerenja za bilježenje puta, zamaha i energije otpuštenih čestica. CMS detektor proučava čestice proizvedene u sudarima proton-proton i teškim ionima. Fotografija: CERN
Desna slika: ATLAS detektor upotrebljava se za otkrivanje čestica koje su rezultat frontalnih sudara protona. Istraživanje doprinosi studijama o dodatnim dimenzijama, ujedinjenju sila i tamnoj materiji. Fotografija: CERN
Održavanje svježine
Kako bi se osigurala točna mjerenja i kako se silikonski senzori ne bi oštetili visokom dozom zračenja, potrebne su temperature do -55 °C. Elektronika i senzori također stvaraju puno topline koja se mora odvesti.
Tijekom planiranog dugog isključivanja u razdoblju od 2026. do 2029., LHC ubrzivač i njegovi eksperimenti bit će podvrgnuti važnoj nadogradnji. Jedan dio je potpuna zamjena detektora za praćenje silikona.
"ATLAS i CMS upotrijebit će dvofazni sustav hlađenja CO2 za sve svoje uređaje za praćenje silikona i detektore kalorimetara s krajnjim poklopcem. Sustav omogućuje visok prijenos topline pri niskoj viskoznosti i rasponu temperature koji je dobro prikladan za rad detektora", kaže inženjer hlađenja i koordinator hlađenja CMS-a Jérôme Daguin iz CERN-a.
Sustav hlađenja temeljit će se na paralelnim modularnim jedinicama koje cirkuliraju CO2 kroz posebne isparivače. Svaki modul za hlađenje opremljen je posebnom membranskom crpkom za cirkulaciju tekućeg CO2.
Kako bi se rashladno sredstvo uvelo precizno i sigurno, CERN ponovno surađuje sa stručnjacima za pumpe tvrtke LEWA, robne marke unutar Atlas Copco grupe. LEWA membranske dozirne pumpe različitih veličina upotrebljavaju se za precizno i konstantno dovođenje upotrijebljenog tekućeg CO2 u rashladni krug.
Pomicanje granica
Membranske dozirne pumpe posebno su ispitane u skladu sa zahtjevima CERN-a. Ni CERN ni LEWA nisu htjeli ništa prepustiti slučajnosti kada je riječ o osiguravanju besprijekornog transporta sofisticiranog rashladnog medija iz servisnih pećina do detektora. Za prilagođenu verziju na daljinu izrađeno je nekoliko prototipova koji su funkcionirali kao ispitni stolovi u stvarnim uvjetima. Najprije su ispitani vodom, zatim su očišćeni etanolom, a zatim su ispitani u neprekidnom radu s CO2.
"Bilo je važno implementirati robusno, izdržljivo rješenje. Popis zahtjeva bio je vrlo ambiciozan i zahtijevao je neke vrlo posebne prilagodbe", objašnjava Wieland Wolff, Area Sales Manager iz tvrtke LEWA.
Na primjer, postojeće brtve osnovne verzije najprije su validirane, a zatim zamijenjene prikladnijim verzijama. Kako bi se spriječilo nenamjerno aktiviranje alarma za CO2 nakon instalacije na licu mjesta, hermetički zatvorene jedinice na kritičnim su mjestima premazane fluoropolimerom PTFE. Osim toga, pogonska jedinica i pogonska glava izmijenjene su kako bi pružile odgovarajuće mjerne točke za instrumente CERN-a.
Osim toga, temperatura protoka na pogonskoj jedinici ne smije pasti ispod -20 °C. U tu su svrhu inženjeri tvrtke LEWA dodali klipni vod u kojem se hidrauličko ulje može zagrijati, čime se sprječava da -55 °C CO2 dostigne pogonsku jedinicu.
Postupak ubrzivača čestica LHC oslanja se na hladne temperature koje omogućuju membranske dozirne pumpe tvrtke LEWA, robne marke unutar Atlas Copco grupe.
Obostrana korist
Opsežni pripremni radovi isplatili su se, a LEWA je sada započela isporuku prve serije od ukupno 18 ecoflow LDG pumpi.
Pumpe se postavljaju dalje od detektora u servisnim špiljama, izvan područja zračenja i magnetskog polja koje se nalazi u eksperimentalnim špiljama. To im omogućuje upravljanje iz kontrolne sobe putem električnog podešavanja hoda i frekvencijskog pretvarača (frequency inverter), čime se uklanja potreba za zaposlenicima na lokaciji.
Kada se trenutačno isključivanje dovrši, instalirane crpke hladit će elektroniku i silikonske senzore putem složene mreže prijenosnih vodova, distribucijskih kolektora i malih rashladnih cijevi.
Dodatne informacije možete pronaći na: www.lewa.com i www.atlas.cern
