A Genfi-tó közelében működő Európai Részecskefizikai Laboratórium (CERN) üzemelteti a világ legnagyobb részecskegyorsítóját: a nagy hatron-kollidálót (Large Hadron Collider, LHC). A kutatók a részecskegyorsulást használják a fizikai alapvető kérdések vizsgálatára, és megpróbálják meghatározni például a sötét anyag összetételét. Már bizonyították a Higgs-bozon létezését, az „Isten részecskéjét”, amely minden más elemi részecskének adja a tömegét.
Nagyméretű detektorok
Az LHC részecskegyorsító egy hatalmas, kb. 27 kilométer hosszú, négy mérési ponttal ellátott gyűrűs alagút, benne két általános célú detektorral: ATLAS és CMS. A lenyűgöző hengerek, amelyek ugyanolyan súlyúak, mint az Eiffel-torony, hatalmas barlangokban helyezkednek el. A kutatók számára ez egy ablak az univerzum titkaihoz.
Az ATLAS detektort úgy fejlesztették ki, hogy új részecskefelfedezéseket végezzen a protonok frontális ütközéseiből. A kutatás hozzájárul az extra dimenziókkal, az erők egyesítésével és a sötét anyaggal kapcsolatos tanulmányokhoz.
A CMS detektort proton-proton és erős ionos ütközések során keletkező részecskék vizsgálatára fejlesztették ki. A kutatók olyan alapvető kérdésekre szeretnének választ találni, mint például: "Miért olyan a világ, amilyen?", „Miért vannak olyan részecskék, amelyek súlya nagyobb, mint másoké?” és „Mi alkotja a sötét anyagot az univerzumban?”
A rejtett titkok feltárása érdekében az ATLAS és a CMS precíziós méréseket használ a kibocsátott részecskék útvonalának, lendületének és energiájának hibátlan rögzítésére. A detektorokat szilícium érzékelőmodulok borítják (egyenként több mint száz négyzetméter), amelyek rögzítik a részecskék ütközéseit, amelyek másodpercenként több mint egymilliárd interakciót generálnak.
Bal oldali kép: A svájci CERN laboratórium ATLAS és CMS detektorai precíziós méréseket alkalmaznak a kibocsátott részecskék útvonalának, lendületének és energiájának rögzítésére. A CMS detektor a proton-proton és erős ionos ütközések során keletkező részecskéket vizsgálja. Képforrás: CERN
Jobb oldali kép: Az ATLAS detektort protonok frontális ütközéseiből származó részecskék észlelésére használják. A kutatás hozzájárul az extra dimenziókkal, az erők egyesítésével és a sötét anyaggal kapcsolatos tanulmányokhoz. Képforrás: CERN
Hűtési üzemmód
Ahhoz, hogy a mérések pontosak legyenek, és a szilíciumszenzorokat a nagy sugárdózis ne károsítsa, akár -55 °C-os hőmérsékletekre is szükség van. Az elektronika és az érzékelők szintén nagy mennyiségű hőt termelnek, amelyet el kell vezetni.
A 2026-tól 2029-ig tervbe vett hosszú leállás során az LHC gyorsító és a kísérletei jelentős korszerűsítésen esnek át. Ennek egyik része a szilícium nyomkövető érzékelők teljes cseréje.
"Az ATLAS és a CMS kétfázisú CO2 hűtőrendszert fog használni minden szilícium-nyomkövetőjéhez és végkupak-kaloriméteres detektorához. A rendszer nagy hőátadást tesz lehetővé alacsony viszkozitás mellett és olyan hőmérséklet-tartományban, amely jól alkalmas a detektor működtetéséhez" - mondja Jérôme Daguin, a CERN hűtéstechnikai mérnöke és CMS hűtési koordinátora.
A hűtőrendszer párhuzamos moduláris egységeken alapul, amelyek speciális párologtatókon keresztül keringetik a CO2-t. Minden hűtőmodul speciális membránszivattyúval van felszerelve a folyékony CO2 keringtetéséhez.
A hűtőközeg pontos és biztonságos bevezetése érdekében a CERN ismét együttműködik az Atlas Copco Group egyik márkája, a LEWA szivattyúszakértőivel. Különböző méretű LEWA membrános adagolószivattyúkat használnak a felhasznált folyékony CO2 precíz és állandó adagolására a hűtőkörbe.
A határok kitolása
A membrános adagolószivattyúkat kifejezetten a CERN követelményeinek megfelelően tesztelték. Sem a CERN, sem a LEWA nem akart semmit a véletlenre hagyni, amikor arról volt szó, hogy a kifinomult hűtőközegnek a kiszolgáló barlangokból a detektorokhoz történő szállítása hibamentes legyen. Az adaptált távoli változathoz több prototípust építettek, amelyek valós körülmények között tesztpadként működtek. Először vizet használnak, majd etanollal tisztítják, majd folyamatos üzemben CO2 -vel tesztelik.
"Fontos volt egy robusztus, tartós megoldás megvalósítása. A követelmények listája meglehetősen ambiciózus volt, és nagyon speciális módosításokat igényelt" - magyarázza Wieland Wolff, a LEWA területi értékesítési vezetője.
Például az alapkivitel meglévő tömítéseit először validálták, majd alkalmasabb változatokra cserélték. Annak érdekében, hogy a helyszíni telepítés után ne aktiválódjanak véletlenül a CO2 -figyelmeztetési riasztások, a hermetikusan zárt egységeket a kritikus pontokon fluorpolimer PTFE bevonattal is ellátták. Ezenkívül a meghajtóegységet és a meghajtófejet úgy módosították, hogy megfelelő mérési pontokat biztosítsanak a CERN műszerei számára.
Továbbá a meghajtóegységnél a továbbított hőmérséklet nem csökkenhet -20 °C alá. Ehhez a LEWA mérnökei egy dugattyús vezetéket építettek be, amelyben a hidraulikaolaj felmelegedhet, megakadályozva, hogy a -55 °C-os CO2 elérje a meghajtóegységet.
Az LHC részecskegyorsító folyamat az Atlas Copco Group egyik márkája, a LEWA membrános adagolószivattyúi által biztosított alacsony hőmérsékleten működik.
Kölcsönös előnyök
Az átfogó előkészítő munka kifizetődött, és a LEWA mostantól megkezdte az összesen 18 ecoflow LDG szivattyú első tételének kiszállítását.
A szivattyúkat a szervizbarlangokban lévő detektoroktól távol, a kísérleti barlangokban található sugárzási és mágneses mező területén kívül telepítik. Ez lehetővé teszi, hogy a vezérlőteremből elektromos löketállítással és frekvenciaváltóval vezéreljék őket, így nincs szükség a munkatársak helyszíni jelenlétére.
A jelenlegi leállítás befejeztével a telepített szivattyúk az elektronikát és a szilíciumérzékelőket egy összetett hálózaton keresztül hűtik, közvetítővezetékek, elosztó gyűjtőcsövek és kis hűtőcsövek segítségével.
További információkért látogasson el a www.lewa.com és www.atlas.cern oldalakra.
