Nu departe de Lacul Geneva, Laboratorul European de Fizică a Particulelor (CERN) operează cel mai mare accelerator de particule din lume: Large Hadron Collider (LHC). Cercetătorii utilizează accelerația particulelor pentru a investiga problemele fundamentale ale fizicii și pentru a încerca să determine compoziția materiei întunecate, de exemplu. Ei au dovedit deja existența bosonului Higgs, „particula zeului”, care conferă masei tuturor celorlalte particule elementare.
Detectoare supradimensionate
Acceleratorul de particule LHC este un tunel inelar gigantic, cu o lungime de aproximativ 27 de kilometri și echipat cu patru puncte de măsurare, inclusiv două detectoare de uz general: ATLAS și CMS. Cilindrii impresionanți, care cântăresc la fel de mult ca Turnul Eiffel, se află în interiorul cavernelor uriașe. Pentru cercetători, aceasta este o fereastră către secretele universului.
Detectorul ATLAS a fost dezvoltat pentru a face noi descoperiri de particule rezultate din coliziunile frontale ale protonilor. Cercetarea contribuie la studii privind dimensiunile suplimentare, unificarea forțelor și materia întunecată.
Detectorul CMS a fost dezvoltat pentru a studia particulele produse în coliziunile proton-proton și cu ioni grei. Cercetătorii doresc să găsească răspunsuri la întrebări fundamentale precum: "De ce este lumea așa cum este?", „De ce unele particule cântăresc mai mult decât altele?” și „Ce reprezintă întunericul în univers?”
Pentru a explora secretele ascunse, ATLAS și CMS utilizează măsurători de precizie pentru a înregistra fără erori calea, impulsul și energia particulelor eliberate. Detectoarele sunt acoperite cu module de senzori din silicon (peste o sută de metri pătrați fiecare) care înregistrează coliziunile cu particulele, care generează peste un miliard de interacțiuni pe secundă.
Imaginea din stânga: Detectoarele ATLAS și CMS din laboratorul CERN din Elveția utilizează măsurători de precizie pentru a înregistra calea, impulsul și energia particulelor eliberate. Detectorul CMS studiază particulele produse în coliziunile proton-proton și cu ioni grei. Credit imagine: CERN
Imaginea din dreapta: Detectorul ATLAS este utilizat pentru a face descoperiri de particule rezultate din coliziunile frontale ale protonilor. Cercetarea contribuie la studii privind dimensiunile suplimentare, unificarea forțelor și materia întunecată. Credit imagine: CERN
Păstrarea la rece
Pentru ca măsurătorile să fie precise și senzorii de silicon să nu fie deteriorați de doza mare de radiații, sunt necesare temperaturi de până la -55 °C. Sistemul electronic și senzorii generează, de asemenea, multă căldură care trebuie disipată.
În timpul unei opriri lungi planificate în 2026-2029, acceleratorul LHC și experimentele sale vor fi supuse unei modernizări importante. O parte este înlocuirea completă a detectoarelor de urmărire din silicon.
"ATLAS și CMS vor utiliza un sistem de răcire cu CO2 în două faze pentru toate dispozitivele de urmărire a siliconului și detectoarele de calorimetru cu capac terminal. Sistemul permite un transfer ridicat de căldură la o vâscozitate scăzută și un interval de temperatură adecvat pentru operarea detectorului", spune Inginerul de răcire și Coordonatorul de răcire CMS Jérôme Daguin de la CERN.
Sistemul de răcire se va baza pe unități modulare paralele care circulă CO2 prin vaporizatoare speciale. Fiecare modul de răcire va fi echipat cu o pompă specială cu membrană pentru circularea CO2 lichid.
Pentru a introduce agentul de răcire în mod precis și sigur, CERN colaborează din nou cu experții în pompe de la LEWA, o marcă din cadrul Grupului Atlas Copco. Pompele de dozare cu membrană LEWA de diferite dimensiuni vor fi utilizate pentru alimentarea precisă și constantă a CO2 lichid utilizat în circuitul de răcire.
Depășirea limitelor
Pompele de dozare cu membrană au fost testate special pentru cerințele CERN. Nici CERN și nici LEWA nu au dorit să lase nimic la voia întâmplării atunci când s-a asigurat că transportul mediului de răcire sofisticat de la cavernele de servicii la detectoare s-a realizat fără erori. Pentru versiunea de la distanță adaptată au fost construite mai multe prototipuri, care au funcționat ca bancuri de testare în condiții reale. Acestea au fost mai întâi testate cu apă, apoi curățate cu etanol și apoi testate în funcționare continuă cu CO2.
"A fost important să implementăm o soluție robustă și durabilă. Lista de cerințe a fost destul de ambițioasă și a necesitat câteva adaptări foarte speciale", explică Wieland Wolff, Area Sales Manager la LEWA.
De exemplu, garniturile existente ale versiunii de bază au fost mai întâi validate și apoi înlocuite cu variante mai adecvate. Pentru a preveni declanșarea accidentală a alarmelor de avertizare CO2 după instalarea la fața locului, unitățile etanșe ermetic au fost, de asemenea, acoperite cu fluoropolimer PTFE în punctele critice. În plus, unitatea de acționare și capul de acționare au fost modificate pentru a furniza puncte de măsurare adecvate pentru instrumentele CERN.
În plus, temperatura transmisă la unitatea de acționare nu trebuie să scadă sub -20 °C. În acest scop, inginerii LEWA au adăugat o conductă alternativă în care uleiul hidraulic se poate încălzi, împiedicând atingerea unității de acționare de -55 °C CO 2.
Procesul de accelerare a particulelor LHC se bazează pe temperaturile scăzute permise de pompele de dozare cu membrană de la LEWA, o marcă din cadrul Grupului Atlas Copco.
Beneficii reciproce
Lucrările de pregătire ample au fost recompensate și LEWA a început acum să livreze primul lot din totalul de 18 pompe LDG ecoflow.
Pompele sunt instalate departe de detectoare în cavernele de servicii, în afara zonei de radiații și câmp magnetic din cavernele experimentale. Acest lucru le permite să fie controlate din camera de control prin reglarea electrică a cursei și un invertor de frecvență, eliminând necesitatea ca angajații să fie la fața locului.
Când oprirea curentă este finalizată, pompele instalate vor răci componentele electronice și senzorii de silicon printr-o rețea complexă de linii de transfer, colectoare de distribuție și conducte mici de răcire.
Informații suplimentare găsiți la: www.lewa.com și www.atlas.cern
