Nedaleko od Ženevskog jezera, Evropska laboratorija za fiziku čestica (CERN) upravlja najvećim akceleratorom čestica na svetu: Velikim hadronskim sudaračem (LHC). Istraživači koriste ubrzanje čestica kako bi ispitali osnovna pitanja fizike i, na primer, pokušavaju da odrede sastav tamne materije. Već su dokazali postojanje Higgsovog bozona, tzv. 'Božije čestice', koja daje masu svim ostalim elementarnim česticama.
Detektori ogromnih dimenzija
LHC akcelerator čestica je ogroman tunel u obliku prstena, dug oko 27 kilometara, sa četiri mernih tačke, uključujući dva detektora opšte namene: ATLAS i CMS. Impresivni cilindri, koji teže koliko i Ajfelov toranj, nalaze se unutar ogromnih podzemnih prostora. Za istraživače, ovo je prozor u tajne univerzuma.
Detektor ATLAS razvijen je kako bi omogućio otkrića novih čestica koja nastaju usled direktnih sudara protona. Istraživanja doprinose proučavanju dodatnih dimenzija, ujedinjenja sila i tamne materije.
CMS detektor je razvijen za proučavanje čestica nastalih u sudarima proton-proton i teških jona. Istraživači žele da pronađu odgovore na fundamentalna pitanja kao što su: „Zašto je svet takav kakav jeste?“, „Zašto neke čestice imaju veću masu od drugih?“ i „Od čega se sastoji tamna materija u univerzumu?“
Da bi istražili skrivene tajne, ATLAS i CMS koriste precizna merenja kako bi beležili putanju, impuls i energiju oslobođenih čestica bez grešaka. Detektori su pokriveni modulima sa silikonskim senzorima (više od stotinu kvadratnih metara svaki) koji beleže sudare čestica, pri čemu nastaje više od milijardu interakcija u sekundi.
Leva slika: Detektori ATLAS i CMS u laboratoriji CERN u Švajcarskoj koriste precizna merenja kako bi beležili putanju, impuls i energiju oslobođenih čestica. CMS detektor proučava čestice nastale u sudarima proton-proton i teških jona.Kredit za sliku: CERN
Desna slika: ATLAS detektor se koristi za otkrivanje čestica koje nastaju u direktnim sudarima protona. Istraživanja doprinose proučavanju dodatnih dimenzija, ujedinjenju sila i tamne materije. Kredit za sliku: CERN
Održavanje hladnoće
Da bi merenja bila precizna i da silikonski senzori ne bi bili oštećeni visokim dozama zračenja, potrebne su temperature i do -55 °C. Elektronika i senzori takođe generišu mnogo toplote koja mora biti uklonjena.
Tokom planiranog dugog zastoja od 2026. do 2029. godine, LHC akcelerator i njegovi eksperimenti proći će kroz važnu nadogradnju. Jedan deo toga je potpuno zamenjivanje silikonskih detektora za praćenje čestica.
„ATLAS i CMS će koristiti dvofazni CO2 sistem hlađenja za sve svoje silikonske detektore za praćenje i endkap kalorimetre. Sistem omogućava visok prenos toplote uz nisku viskoznost i temperaturni opseg koji je veoma pogodan za rad detektora“, kaže inženjer za hlađenje i koordinator hlađenja CMS-a, Jérôme Daguin iz CERN-a.
Sistem hlađenja će se zasnivati na paralelnim modularnim jedinicama koje cirkulišu CO2 kroz specijalne isparivače. Svaki modul za hlađenje biće opremljen posebnom dijafragmnom pumpom za cirkulaciju tečnog CO2.
Da bi se rashladno sredstvo uvodilo precizno i bezbedno, CERN ponovo sarađuje sa stručnjacima za pumpe iz kompanije LEWA, brenda unutar Atlas Copco Group. LEWA membranske dozirne pumpe različitih veličina koristiće se za precizno i stalno dovođenje tečnog CO2 u sistem hlađenja.
Pomeranje granica
Membranske dozirne pumpe su testirane prema zahtevima CERN-a. Ni CERN ni LEWA nisu želeli ništa prepustiti slučaju kada je u pitanju pouzdan transport sofisticiranog rashladnog sredstva od servisnih pećina do detektora. Za prilagođenu verziju za daljinsko upravljanje izrađeno je nekoliko prototipova, koji su služili kao testni stubovi pod realnim uslovima. Prvo su testirani vodom, zatim očišćeni etanolom, a potom testirani u kontinuiranom radu sa CO2.
„Bilo je važno implementirati robusno i dugotrajno rešenje. Spisak zahteva bio je prilično ambiciozan i zahtevao je vrlo specifična prilagođavanja“, objašnjava Wieland Wolff, regionalni menadžer prodaje iz kompanije LEWA.
Na primer, postojeće zaptivke osnovne verzije prvo su proverene, a zatim zamenjene pogodnijim verzijama. Da bi se sprečilo slučajno aktiviranje CO2 alarmnih sistema nakon instalacije na lokaciji, hermetički zatvorene jedinice su takođe obložene fluoropolimerom PTFE na kritičnim mestima. Pored toga, pogonska jedinica i pogonska glava su modifikovane kako bi obezbedile odgovarajuće merni tačke za instrumente CERN-a.
Pored toga, prosleđena temperatura u pogonskoj jedinici ne sme pasti ispod -20 °C. U tu svrhu, inženjeri iz LEWA-e dodali su povratnu liniju u kojoj se hidraulično ulje može zagrevati, čime se sprečava da CO2 na -55 °C dopre do pogonske jedinice.
Proces u LHC akceleratoru čestica oslanja se na niske temperature koje omogućavaju membranske dozirne pumpe kompanije LEWA, brenda unutar Atlas Copco Group.
Obostrane koristi
Opsežan pripremni rad se isplatio i LEWA je sada započela isporuku prve serije od ukupno 18 ecoflow LDG pumpi.
Pumpe su instalirane dalje od detektora, u servisnim podzemnim prostorima, izvan zone zračenja i magnetnog polja u eksperimentalnim podzemnim prostorima. To omogućava njihovo upravljanje iz kontrolne sobe putem električnog podešavanja hoda i frekventnog pretvarača, čime je prisustvo zaposlenih na licu mesta nepotrebno.
Kada se trenutni zastoj završi, instalirane pumpe će preko složene mreže prenosnih vodova, kolektora za raspodelu i malih rashladnih cevi hladiti elektroniku i silikonske senzore.
Više informacija možete pronaći na: www.lewa.com i www.atlas.cern
