제네바 호수에서 멀지 않은 곳에 있는 유럽 입자 물리 연구소(CERN)는 세계 최대의 입자 가속기인 대형 하드론 충돌기(LHC)를 운영하고 있습니다. 연구자들은 입자 가속을 이용해 물리학의 근본적인 질문들을 탐구하고 있으며, 예를 들어 암흑 물질의 구성 요소를 밝혀내려 하고 있습니다. 그들은 이미 모든 기본 입자에 질량을 부여하는 '신의 입자'로 알려진 힉스 보존의 존재를 입증했습니다.
초대형 검출기
LHC 입자 가속기는 약 27킬로미터 길이의 거대한 링 터널로, ATLAS와 CMS라는 두 개의 다목적 검출기를 포함한 네 개의 측정 지점이 장착되어 있습니다. 에펠탑만큼 무거운 인상적인 원통들이 거대한 동굴 속에 자리잡고 있습니다. 연구자들에게 이곳은 우주의 비밀을 들여다볼 수 있는 창과도 같습니다.
ATLAS 검출기는 양성자의 정면 충돌로 인한 새로운 입자 발견을 위해 개발되었습니다. 이 연구는 추가 차원, 힘의 통합 및 암츳 물질에 대한 연구에 기여합니다.
CMS 검출기는 양성자-양성자 및 중이온 충돌에서 생성된 입자를 연구하기 위해 개발되었습니다. 연구자들은 '세상은 왜 이런 모습일까?', '왜 어떤 입자는 다른 입자보다 더 무거운가?', '우주를 구성하는 암흑 물질은 무엇인가?'와 같은 근본적인 질문들에 대한 해답을 찾고자 합니다.
숨겨진 비밀을 탐색하기 위해 ATLAS 및 CMS는 정밀 측정을 사용하여 오류 없이 방출된 입자의 경로, 모멘텀 및 에너지를 기록합니다. 검출기는 초당 10억 건 이상의 상호작용을 생성하는 입자 충돌을 기록하는 실리콘 센서 모듈(각각 100평방미터 이상)로 덮여 있습니다.
왼쪽 이미지: 스위스 CERN 실험실의 ATLAS 및 CMS 검출기는 정밀 측정을 사용하여 방출된 입자의 경로, 모멘텀 및 에너지를 기록합니다. CMS 검출기는 양성자-양성자 및 중이온 충돌에서 생성된 입자를 연구합니다. 이미지 출처: CERN
오른쪽 이미지: ATLAS 검출기는 양성자의 정면 충돌로 인한 입자 발견에 사용됩니다. 이 연구는 추가 차원, 힘의 통합 및 암흑 물질에 대한 연구에 기여합니다. 이미지 출처: CERN
낮은 온도를 유지하다
측정이 정확하고 실리콘 센서가 고용량 방사선으로 인해 손상되지 않도록 하기 위해서는 -55 °C 이하의 온도가 필요합니다. 또한 전자 장치와 센서는 방출해야 하는 많은 열을 생성합니다.
2026년에서 2029년까지 계획된 장기간의 가동 중단 기간 동안 LHC 가속기와 실험은 중요한 업그레이드를 거칩니다. 한 부분은 실리콘 추적 검출기를 완전히 교체하는 것입니다.
"ATLAS 및 CMS는 모든 실리콘 트래커 및 엔드캡 열량계 검출기에 2상 CO2 냉각 시스템을 사용할 것입니다. 이 시스템은 낮은 점도와 검출기 작동에 적합한 온도 범위에서 높은 열 전달을 가능하게 합니다."라고 CERN의 냉각 엔지니어이자 CMS 냉각 코디네이터인 Jérôme Daguin은 말합니다.
냉각 시스템은 특수 증발기를 통해 CO2 를 순환시키는 병렬 모듈식 장치를 기반으로 합니다. 각 냉각 모듈에는 액체 CO2를 순환시키기 위한 특수 다이어프램 펌프가 장착됩니다.
CERN은 냉각 매체를 정밀하고 안전하게 도입하기 위해 다시 한 번 아트라스콥코 그룹 내 브랜드인 LEWA의 펌프 전문가와 협력하고 있습니다. 다양한 크기의 LEWA 다이어프램 계량 펌프를 사용하여 사용된 액체 CO2 를 냉각 회로에 정밀하고 지속적으로 공급합니다.
한계를 뛰어넘어서.
다이어프램 계량 펌프는 CERN의 요구사항에 맞게 특별히 테스트되었습니다. CERN이나 LEWA는 정교한 냉각 매체를 서비스 동굴에서 검출기로 오류 없이 운송하는 데 있어 아무 것도 우연에 맡기고 싶지 않았습니다. 실제 조건에서 테스트 벤치 역할을 하는 적응형 원격 버전을 위해 여러 개의 프로토타입이 제작되었습니다. 먼저 물로 테스트한 후 에탄올로 세척한 다음 CO2로 연속 작동하여 테스트했습니다.
"견고하고 내구성이 뛰어난 솔루션을 구현하는 것이 중요했습니다. 요건 목록은 상당히 야심차고 매우 특별한 조정이 필요했습니다"라고 LEWA 지역 영업 관리자 Wieland Wolff는 설명합니다.
예를 들어, 기본 버전의 기존 씰은 먼저 검증된 후 더 적합한 버전으로 교체되었습니다. 현장 설치 후 CO2 경고 경보가 우발적으로 트리거되는 것을 방지하기 위해 밀폐된 장치는 또한 중요한 지점에서 플루오르폴리머 PTFE로 코팅되었습니다. 또한, 드라이브 유닛과 드라이브 헤드는 CERN의 기기에 적합한 측정 지점을 제공하도록 수정되었습니다.
또한 구동 장치에서 전달되는 온도는 -20 °C 미만이어서는 안 됩니다. 이를 위해 LEWA 엔지니어는 유압 오일이 가열될 수 있는 왕복 라인을 추가하여 -55 °C CO2 가 구동 장치에 도달하지 않도록 방지했습니다.
LHC 입자 가속기 공정은 아트라스콥코 그룹 내 브랜드인 LEWA의 다이어프램 미터링 펌프를 통해 가능해진 냉각 온도에 의존합니다.
상호 혜택
광범위한 준비 작업이 성과를 거두었으며 LEWA는 이제 총 18대의 ecoflow LDG 펌프의 첫 번째 배치를 공급하기 시작했습니다.
펌프는 실험 동굴에서 발견되는 방사선 및 자기장 영역 외부의 서비스 동굴에서 검출기로부터 멀리 떨어진 곳에 설치됩니다. 이를 통해 전동 스트로크 조절 및 주파수 인버터를 통해 제어실에서 제어할 수 있으므로 직원이 현장에 있을 필요가 없습니다.
현재 셧다운이 완료되면 설치된 펌프는 전송 라인, 분배 매니폴드 및 소형 냉각 파이프의 복잡한 네트워크를 통해 전자 장치와 실리콘 센서를 냉각합니다.
자세한 정보는 다음 주소를 참조하십시오. www.lewa.com 및 www.atlas.cern
