ไม่ไกลจากทะเลสาบเจนีวา ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อนุภาคแห่งยุโรป (European Laboratory for Particle Physics - CERN) ดําเนินการเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก นั่นคือ Large Hadron Collider (LHC) นักวิจัยกําลังใช้การเร่งอนุภาคเพื่อสํารวจคําถามพื้นฐานของฟิสิกส์และพยายามหาองค์ประกอบด้านมืด เป็นต้น พวกเขาได้พิสูจน์แล้วถึงการมีอยู่ของ Higgs boson ซึ่งเป็น "อนุภาคของพระเจ้า" ที่ให้มวลของอนุภาคธาตุอื่น ๆ ทั้งหมด
เครื่องตรวจจับขนาดใหญ่
เครื่องเร่งอนุภาค LHC เป็นอุโมงค์วงแหวนขนาดใหญ่ที่มีความยาวประมาณ 27 กิโลเมตรและมีจุดตรวจวัดสี่จุด รวมถึงเครื่องตรวจจับอเนกประสงค์สองเครื่อง ได้แก่ ATLAS และ CMS กระบอกสูบที่น่าประทับใจซึ่งมีน้ำหนักเท่ากับหอ Eiffel พักอยู่ภายในถ้ำขนาดใหญ่ สําหรับนักวิจัย นี่คือหน้าต่างสู่ความลับของจักรวาล
เครื่องตรวจจับ ATLAS ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อทําการค้นพบอนุภาคใหม่ๆ อันเป็นผลมาจากการชนกันของโปรตอน การวิจัยนี้มีส่วนช่วยในการศึกษาเกี่ยวกับมิติพิเศษ การรวมแรงเข้าด้วยกัน และ dark matter
เครื่องตรวจจับ CMS ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อศึกษาอนุภาคที่เกิดจากการชนกันของโปรตอนกับโปรตอนและไอออนหนัก นักวิจัยต้องการค้นหาคําตอบสําหรับคําถามพื้นฐาน เช่น "ทําไมโลกจึงเป็นแบบนั้น", "เพราะเหตุใดอนุภาคบางชนิดจึงมีน้ำหนักมากกว่าอนุภาคอื่นๆ ?" และ "สิ่งที่ทําให้เกิดความมืดในจักรวาลคืออะไร?"
เพื่อสํารวจความลับที่ซ่อนอยู่ ATLAS และ CMS ใช้การวัดที่แม่นยําเพื่อบันทึกเส้นทาง แรงกระตุ้น และพลังงานของอนุภาคที่ปล่อยออกมาโดยไม่มีข้อผิดพลาด เครื่องตรวจจับถูกปกคลุมด้วยโมดูลเซนเซอร์ซิลิคอน (แต่ละโมดูลมีพื้นที่มากกว่าหนึ่งร้อยตารางเมตร) ที่บันทึกการชนกันของอนุภาค ซึ่งทําให้เกิดปฏิกิริยามากกว่าพันล้านต่อวินาที
ภาพด้านซ้าย: เครื่องตรวจจับ ATLAS และ CMS ที่ห้องปฏิบัติการ CERN ในสวิตเซอร์แลนด์ใช้การวัดที่แม่นยําเพื่อบันทึกเส้นทาง โมเมนตัม และพลังงานของอนุภาคที่ปล่อยออกมา เครื่องตรวจจับ CMS จะศึกษาอนุภาคที่เกิดจากการชนกันของโปรตอนกับโปรตอนและไอออนหนัก ถ่ายภาพ: CERN
ภาพด้านขวา: เครื่องตรวจจับ ATLAS ใช้ในการตรวจจับอนุภาคที่เกิดจากการชนกันของโปรตอน การวิจัยนี้มีส่วนช่วยในการศึกษาเกี่ยวกับมิติพิเศษ การรวมแรงเข้าด้วยกัน และมืดแมตต์ ถ่ายภาพ: CERN
เก็บรักษาความเย็น
เพื่อให้แน่ใจว่าการวัดค่ามีความแม่นยําและเซ็นเซอร์ซิลิคอนไม่ได้รับความเสียหายจากปริมาณรังสีสูง จําเป็นต้องมีอุณหภูมิต่ำถึง -55 °C นอกจากนี้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ยังสร้างความร้อนจํานวนมากที่จําเป็นต้องกระจายออกไป
ในระหว่างการหยุดทํางานเป็นเวลานานตามแผนในปี 2026 ถึง 2029 เครื่องเร่งความเร็ว LHC และการทดลองจะได้รับการอัปเกรดที่สําคัญ ส่วนหนึ่งคือการเปลี่ยนเครื่องตรวจจับการติดตามซิลิคอนทั้งหมด
"ATLAS และ CMS จะใช้ระบบระบายความร้อนด้วย CO2 สองเฟสสําหรับตัวติดตามซิลิคอนและเครื่องตรวจจับความร้อนแบบฝาปิดทั้งหมด ระบบนี้ช่วยให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้สูงที่ความหนืดต่ำและช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมกับการทํางานของเครื่องตรวจจับ" Jérôme Daguin วิศวกรระบายความร้อนและผู้ประสานงานระบายความร้อน CMS จาก CERN กล่าว
ระบบทําความเย็นจะใช้หน่วยโมดูลแบบขนานที่ไหลเวียน CO2 ผ่านเครื่องระเหยพิเศษ โมดูลระบายความร้อนแต่ละโมดูลจะติดตั้งปั๊มไดอะแฟรมพิเศษเพื่อหมุนเวียน CO2 เหลว
เพื่อนําสารหล่อเย็นเข้าสู่ระบบอย่างแม่นยําและปลอดภัย CERN จึงได้ทํางานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านปั๊มจาก LEWA ซึ่งเป็นแบรนด์ภายในกลุ่มบริษัท Atlas Copco อีกครั้ง ปั๊มวัดปริมาณไดอะแฟรม LEWA ขนาดต่างๆ จะถูกนํามาใช้เพื่อป้อน CO2 เหลวที่ใช้ในวงจรการทําความเย็นอย่างแม่นยําและต่อเนื่อง
การขยายขอบเขต
ปั๊มวัดปริมาณแบบเมมเบรนได้รับการทดสอบโดยเฉพาะสําหรับข้อกําหนดของ CERN ทั้ง CERN และ LEWA ไม่ต้องการปล่อยให้อะไรเกิดขึ้นโดยบังเอิญเมื่อพูดถึงการรับประกันว่าการขนส่งสารหล่อเย็นที่ซับซ้อนจากถ้ำบริการไปยังเครื่องตรวจจับจะปราศจากข้อผิดพลาด ต้นแบบจํานวนมากถูกสร้างขึ้นสําหรับเวอร์ชั่นระยะไกลที่ปรับให้เหมาะสม ซึ่งทําหน้าที่เป็นแท่นทดสอบภายใต้สภาวะจริง ก่อนอื่น จะทดสอบด้วยน้ำ จากนั้นจึงทําความสะอาดด้วยเอธานอล จากนั้นจึงทดสอบในการทํางานต่อเนื่องด้วย CO2
"การนําโซลูชันที่ทนทานและทนทานมาใช้เป็นสิ่งสําคัญ รายการข้อกําหนดนั้นค่อนข้างทะเยอทะยานและจําเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนพิเศษมาก" Wieland Wolff ผู้จัดการฝ่ายขายประจําพื้นที่ของ LEWA อธิบาย
ตัวอย่างเช่น ซีลที่มีอยู่ของเวอร์ชั่นพื้นฐานถูกตรวจสอบความถูกต้องก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นเวอร์ชั่นที่เหมาะสมกว่า เพื่อป้องกันไม่ให้สัญญาณเตือน CO2 ทํางานโดยไม่ได้ตั้งใจหลังจากการติดตั้งในสถานที่ ชุดอุปกรณ์ที่ปิดผนึกแน่นสนิทยังเคลือบด้วยฟลูออโรพอลิเมอร์ PTFE ที่จุดวิกฤตอีกด้วย นอกจากนี้ ชุดขับเคลื่อนและหัวขับเคลื่อนยังได้รับการดัดแปลงเพื่อให้มีจุดวัดที่เหมาะสมสําหรับเครื่องมือของ CERN
นอกจากนี้ อุณหภูมิที่ส่งต่อที่ชุดขับเคลื่อนต้องไม่ลดลงต่ำกว่า -20 °C เพื่อจุดประสงค์นี้ วิศวกรของ LEWA ได้เพิ่มท่อลูกสูบที่น้ำมันไฮดรอลิกสามารถร้อนขึ้นได้ ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ CO2 ที่อุณหภูมิ -55 °C เข้าถึงชุดขับเคลื่อน
กระบวนการเร่งปฏิกิริยาอนุภาค LHC อาศัยอุณหภูมิเย็นที่ปั๊มจ่ายเมมเบรนจาก LEWA ซึ่งเป็นแบรนด์ภายในกลุ่มบริษัท Atlas Copco
ผลประโยชน์
งานเตรียมการที่ครอบคลุมได้คุ้มค่า และตอนนี้ LEWA ได้เริ่มส่งมอบชุดแรกของปั๊ม ecoflow LDG ทั้งหมด 18 ชุด
ปั๊มถูกติดตั้งห่างจากเครื่องตรวจจับในถ้ำบริการ นอกพื้นที่รังสีและสนามแม่เหล็กที่พบในถ้ำการทดลอง ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมได้จากห้องควบคุมผ่านการปรับจังหวะไฟฟ้าและอินเวอร์เตอร์ความถี่ ทําให้ไม่จําเป็นต้องมีพนักงานอยู่ที่ไซต์งาน
เมื่อการปิดระบบปัจจุบันเสร็จสิ้น ปั๊มที่ติดตั้งจะระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ซิลิคอนผ่านเครือข่ายที่ซับซ้อนของสายการถ่ายโอน ท่อร่วมกระจาย และท่อระบายความร้อนขนาดเล็ก
ดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่: www.lewa.com และ www.atlas.cern
