A Genfi-tó közelében működő Európai Részecskefizikai Laboratórium (CERN) üzemelteti a világ legnagyobb részecskegyorsítóját: a nagy hadron-ütköztetőt (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 részecskét tömeggel lát el.
Nagyméretű detektorok
Az LHC részecskegyorsító egy hatalmas, kb. 27 kilométer hosszú, négy mérési ponttal ellátott gyűrűs alagút, köztük két általános célú detektorral: ATLAS és CMS. A lenyűgöző hengerek, amelyek olyan nehezek, 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. Az 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 -val 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 márkájának, a LEWA membrános adagolószivattyúi által biztosított hideg 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.
