Tidak jauh dari Danau Geneva, Laboratorium Fisika Partikel Eropa (CERN) mengoperasikan akselerator partikel terbesar di dunia: Large Hadron Collider (LHC). Peneliti menggunakan akselerasi partikel untuk menyelidiki pertanyaan dasar fisika dan mencoba menentukan komposisi materi gelap, misalnya. Mereka telah membuktikan keberadaan boson Higgs, "partikel dewa", yang memberi massa semua partikel elemen lainnya.
Detektor berukuran besar
Akselerator partikel LHC adalah terowongan cincin raksasa yang panjangnya sekitar 27 kilometer dan dilengkapi dengan empat titik pengukuran, termasuk dua detektor serbaguna: ATLAS dan CMS. Silinder yang mengesankan, yang beratnya sama dengan Menara Eiffel, berada di dalam gua-gua besar. Bagi para peneliti, ini adalah jendela ke rahasia alam semesta.
Detektor ATLAS dikembangkan untuk membuat penemuan partikel baru yang dihasilkan dari tabrakan depan proton. Penelitian ini berkontribusi pada studi tentang dimensi ekstra, penyatuan kekuatan, dan materi gelap.
Detektor CMS dikembangkan untuk mempelajari partikel yang dihasilkan dalam tabrakan proton-proton dan ion berat. Para peneliti ingin menemukan jawaban atas pertanyaan dasar seperti: "Mengapa dunia seperti itu?", "Mengapa beberapa partikel lebih berat daripada partikel lain?" dan "Apa yang membuat materi gelap di alam semesta?"
Untuk mengeksplorasi rahasia tersembunyi, ATLAS dan CMS menggunakan pengukuran presisi untuk mencatat jalur, momentum, dan energi partikel yang dilepaskan tanpa kesalahan. Detektor ditutupi dengan modul sensor silikon (masing-masing lebih dari ratusan meter persegi) yang mencatat tabrakan partikel, yang menghasilkan lebih dari satu miliar interaksi per detik.
Gambar kiri: Detektor ATLAS dan CMS di laboratorium CERN di Swiss menggunakan pengukuran presisi untuk mencatat jalur, momentum, dan energi partikel yang dilepaskan. Detektor CMS mempelajari partikel yang dihasilkan dalam tabrakan proton-proton dan ion berat. Foto: CERN
Gambar kanan: Detektor ATLAS digunakan untuk menemukan partikel yang dihasilkan dari tabrakan depan proton. Penelitian ini berkontribusi pada studi tentang dimensi ekstra, penyatuan kekuatan, dan materi gelap. Foto: CERN
Menjaga tetap dingin
Untuk memastikan pengukuran akurat dan sensor silikon tidak rusak akibat radiasi dosis tinggi, suhu serendah -55 °C diperlukan. Elektronik dan sensor juga menghasilkan banyak panas yang perlu dibuang.
Selama shutdown panjang yang direncanakan pada tahun 2026 hingga 2029, akselerator LHC dan eksperimennya akan menjalani peningkatan penting. Salah satu bagiannya adalah penggantian lengkap detektor pelacakan silikon.
"ATLAS dan CMS akan menggunakan sistem pendinginan CO2 dua fase untuk semua pelacak silikon dan detektor kalorimeter endcap mereka. Sistem ini memungkinkan perpindahan panas yang tinggi pada viskositas rendah dan kisaran suhu yang cocok untuk mengoperasikan detektor," ujar Cooling Engineer dan CMS Cooling Coordinator Jérôme Daguin dari CERN.
Sistem pendinginan akan didasarkan pada unit modular paralel yang mengalirkan CO2 melalui evaporator khusus. Setiap modul pendingin akan dilengkapi dengan pompa diafragma khusus untuk menyirkulasikan CO2 cair.
Untuk memperkenalkan media pendingin secara akurat dan aman, CERN kembali bekerja sama dengan ahli pompa dari LEWA, sebuah merek di dalam Atlas Copco Group. Pompa pengukur diafragma LEWA dengan berbagai ukuran akan digunakan untuk memasok CO2 cair yang digunakan secara akurat dan konstan ke dalam sirkuit pendingin.
Menekan batas
Pompa pengukur diafragma diuji secara khusus untuk memenuhi persyaratan CERN. Baik CERN maupun LEWA tidak ingin meninggalkan apa pun kebetulan dalam hal memastikan pengangkutan media pendingin canggih dari gua layanan ke detektor tanpa kesalahan. Beberapa prototipe dibuat untuk versi jarak jauh yang disesuaikan, yang berfungsi sebagai bangku pengujian dalam kondisi nyata. Produk ini pertama kali diuji dengan air, kemudian dibersihkan dengan etanol dan kemudian diuji dalam pengoperasian berkelanjutan dengan CO2.
"Penting untuk menerapkan solusi yang kuat dan tahan lama. Daftar persyaratan cukup ambisius dan memerlukan penyesuaian yang sangat khusus," jelas Wieland Wolff, Area Sales Manager dari LEWA.
Misalnya, segel yang ada pada versi dasar pertama kali divalidasi dan kemudian diganti dengan versi yang lebih sesuai. Untuk mencegah alarm peringatan CO2 terpicu secara tidak sengaja setelah pemasangan di lokasi, unit yang kedap udara juga dilapisi dengan PTFE fluoropolimer pada titik-titik kritis. Selain itu, unit penggerak dan kepala penggerak dimodifikasi untuk menyediakan titik pengukuran yang sesuai untuk instrumen CERN.
Selain itu, suhu yang diteruskan pada unit penggerak tidak boleh turun di bawah -20 °C. Untuk tujuan ini, insinyur LEWA menambahkan saluran bolak-balik di mana oli hidrolik dapat dipanaskan, mencegah -55 °C CO2 mencapai unit penggerak.
Proses akselerator partikel LHC mengandalkan suhu dingin yang diaktifkan oleh pompa pengukur diafragma dari LEWA, sebuah merek di dalam Atlas Copco Group.
Keuntungan bersama
Pekerjaan persiapan yang luas telah terbayarkan dan LEWA kini telah mulai mengirimkan batch pertama dari total 18 pompa LDG ecoflow.
Pompa dipasang jauh dari detektor di gua servis, di luar area radiasi dan medan magnet yang ditemukan di gua eksperimental. Hal ini memungkinkan mereka dikontrol dari ruang kontrol melalui penyesuaian stroke listrik dan inverter frekuensi, sehingga tidak perlu ada karyawan di lokasi.
Ketika shutdown saat ini selesai, pompa yang terpasang akan mendinginkan elektronik dan sensor silikon melalui jaringan kompleks saluran transfer, kolektor distribusi, dan pipa pendingin kecil.
Informasi selengkapnya dapat ditemukan di: www.lewa.com dan www.atlas.cern
