Não muito longe do Lago de Genebra, o Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN) opera o maior acelerador de partículas do mundo: o Large Hadron Collider (LHC). Pesquisadores estão usando a aceleração de partículas para investigar questões fundamentais de física e tentar determinar a composição da matéria escura, por exemplo. Eles já provaram a existência do bóson de Higgs, a "partícula de deus", que dá a todas as outras partículas elementares sua massa.
Detectores superdimensionados
O acelerador de partículas LHC é um túnel anelar gigante com aproximadamente 27 quilômetros de comprimento e quatro pontos de medição, incluindo dois detectores de uso geral: ATLAS e CMS. Os impressionantes cilindros, que pesam tanto quanto a Torre Eiffel, descansam dentro de enormes cavernas. Para os pesquisadores, essa é uma janela para os segredos do universo.
O detector ATLAS foi desenvolvido para fazer novas descobertas de partículas resultantes de colisões frontais de prótons. A pesquisa contribui para estudos sobre dimensões extras, unificação de forças e matéria escura.
O detector CMS foi desenvolvido para estudar partículas produzidas em colisões entre prótons e também em colisões com íons pesados. Os pesquisadores querem encontrar respostas a perguntas fundamentais como: "Por que o mundo é como é?".", "Por que algumas partículas pesam mais do que outras?" e "O que faz com que a escuridão seja importante no universo?"
Para explorar os segredos ocultos, o ATLAS e o CMS usam medições de precisão para registrar o caminho, o impulso e a energia das partículas liberadas sem erros. Os detectores são cobertos com módulos de sensores de silício (mais de cem metros quadrados cada) que registram as colisões de partículas, gerando mais de um bilhão de interações por segundo.
Imagem esquerda: Os detectores ATLAS e CMS no laboratório do CERN na Suíça usam medições de precisão para registrar o caminho, o impulso e a energia das partículas liberadas. O detector CMS estuda partículas produzidas em colisões entre prótons e em colisões com íons pesados. Fonte CERN
Imagem direita: O detector ATLAS é usado para fazer descobertas de partículas resultantes de colisões frontais de prótons. A pesquisa contribui para estudos sobre dimensões extras, unificação de forças e matéria escura. Fonte CERN
Resfriamento
Para garantir que as medições sejam precisas e que os sensores de silício não sejam danificados pela alta dose de radiação, são necessárias temperaturas de até -55 °C. A eletrônica e os sensores também geram muito calor que precisa ser dissipado.
Durante um longo desligamento planejado em 2026 a 2029, o acelerador LHC e seus experimentos serão submetidos a uma importante atualização. Uma parte é a substituição completa dos detectores de rastreamento de silício.
"O ATLAS e o CMS usarão um sistema de resfriamento de CO2 bifásico para todos os seus rastreadores de silício e detectores de calorímetro de tampa final. O sistema permite alta transferência de calor com baixa viscosidade e uma faixa de temperatura que é adequada para operar o detector", diz o Engenheiro de Resfriamento e Coordenador de Resfriamento do CMS Jérôme Daguin do CERN.
O sistema de resfriamento será baseado em unidades modulares paralelas que circulam CO2 através de evaporadores especiais. Cada módulo de resfriamento será equipado com uma bomba de diafragma especial para circular o CO2 líquido.
Para introduzir o meio de resfriamento com precisão e segurança, o CERN está novamente trabalhando com os especialistas em bombas da LEWA, uma marca do Grupo Atlas Copco. As bombas de medição de diafragma LEWA de vários tamanhos serão usadas para alimentar com precisão e constantemente o CO2 líquido usado no circuito de resfriamento.
Ultrapassando os limites
As bombas dosadoras de diafragma foram testadas especificamente para os requisitos do CERN. Nem o CERN nem a LEWA queriam deixar nada ao acaso quando se tratava de garantir que o transporte do sofisticado meio de resfriamento das cavernas de serviço para os detectores fosse feito sem erros. Vários protótipos foram construídos para a versão remota adaptada, que funcionou como bancadas de teste em condições reais. Eles foram testados primeiro com água, depois limpos com etanol e depois testados em operação contínua com CO2.
"Foi importante implementar uma solução robusta e durável. A lista de requisitos era bastante ambiciosa e exigiu alguns ajustes muito especiais", explica Wieland Wolff, Gerente de Vendas da LEWA.
Por exemplo, as vedações existentes da versão básica foram primeiro validadas e, em seguida, substituídas por versões mais adequadas. Para evitar que os alarmes de aviso de CO2 fossem acionados acidentalmente após a instalação no local, as unidades hermeticamente vedadas também foram revestidas com o fluoropolímero PTFE em pontos críticos. Além disso, a unidade de acionamento e o cabeçote de acionamento foram modificados para fornecer pontos de medição apropriados para os instrumentos do CERN.
Além disso, a temperatura transmitida na unidade de acionamento não deve cair abaixo de -20 °C. Para isso, os engenheiros da LEWA adicionaram uma linha alternada na qual o óleo hidráulico pode aquecer, impedindo que o CO2 de -55 °C atinja a unidade de acionamento.
Benefícios mútuos
O extenso trabalho preparatório valeu a pena e a LEWA começou agora a entregar o primeiro lote de um total de 18 bombas ecoflow LDG.
As bombas são instaladas longe dos detectores nas cavernas de serviço, fora da área de radiação e campo magnético encontrada nas cavernas experimentais. Isso permite que eles sejam controlados a partir da sala de controle por meio de ajuste de curso elétrico e um inversor de frequência, eliminando a necessidade de funcionários estarem no local.
Quando o desligamento atual for concluído, as bombas instaladas resfriarão os componentes eletrônicos e os sensores de silício através de uma rede complexa de linhas de transferência, coletores de distribuição e pequenos tubos de resfriamento.
Mais informações podem ser encontradas em: www.lewa.com e www.atlas.cern
