Недалеко від Женевського озера Європейська лабораторія фізики частинок (CERN) використовує найбільший у світі прискорювач частинок: великий адронний зіткнення (LHC). Дослідники використовують прискорення частинок для дослідження фундаментальних питань фізики та спроби визначити, наприклад, склад темної матерії. Вони вже довели наявність бозону Хіггса, «частинки бога», яка надає масу всім іншим елементарним частинкам.
Детектори великих розмірів
Прискорювач частинок LHC - це гігантський кільцевий тунель довжиною приблизно 27 кілометрів, який оснащений чотирма точками вимірювання, включаючи два універсальні детектори: ATLAS і CMS. Вражаючі циліндри, які важать так само, як Ейфелева вежа, лежать у великих печерах. Для дослідників це вікно в секрети Всесвіту.
Детектор ATLAS був розроблений для виявлення нових частинок у результаті лобового зіткнення протонів. Дослідження сприяє вивченню додаткових вимірів, об'єднання сил і темної матерії.
Детектор CMS був розроблений для вивчення частинок, що виробляються в ході зіткнень протонів і протонів, і важких іонів. Дослідники прагнуть знайти відповіді на фундаментальні питання, такі як: «Чому світ такий, як він є?«Чому деякі частинки важать більше, ніж інші?» і «Чим складається темна матерія у Всесвіті?»
Щоб дослідити приховані секрети, АТЛАС і CMS використовують точні вимірювання для запису шляху, імпульсу та енергії вивільнених частинок без помилок. Детектори покриті силіконовими сенсорними модулями (понад сто квадратних метрів кожен), які реєструють зіткнення частинок, що генерують понад мільярд взаємодій на секунду.
Зліва: детектори ATLAS і CMS у швейцарській лабораторії CERN використовують точні вимірювання для реєстрації шляху, імпульсу та енергії вивільнених частинок. Детектор CMS вивчає частинки, що утворюються під час зіткнень протонів і протонів, а також важких іонів. Фото: CERN
Праве зображення: детектор ATLAS використовується для виявлення частинок, що виникають в результаті лобового зіткнення протонів. Дослідження сприяє вивченню додаткових вимірів, об'єднання сил і темної матерії. Фото: CERN
Охолодження
Щоб забезпечити точність вимірювань і не пошкодити силіконові датчики під впливом високої дози випромінювання, необхідні температури до -55 °C. Крім того, електроніка та датчики виробляють багато тепла, яке потрібно відводити.
Під час запланованого тривалого виведення з експлуатації в період з 2026 по 2029 рр. прискорювач LHC та його експерименти пройдуть важливе оновлення. Одна частина - повна заміна детекторів відстеження кремнію.
«ATLAS і CMS використовуватимуть двофазну систему охолодження CO2 для всіх своїх кремнієвих трекерів і калориметричних детекторів з кінцевою кришкою. Система забезпечує високу теплопередачу при низькій в'язкості та температурному діапазоні, який добре підходить для роботи детектора», - говорить інженер з охолодження та координатор охолодження CMS Jérôme Дагін з CERN.
Система охолодження буде базуватися на паралельних модульних блоках, які циркулюють CO2 через спеціальні випарники. Кожен модуль охолодження обладнано спеціальним мембранним насосом для циркуляції рідкого CO2.
Для точного та безпечного введення охолоджувальної рідини CERN знову співпрацює з експертами з насосів компанії LEWA, бренду в межах Atlas Copco Group. Мембранні дозувальні насоси LEWA різних розмірів використовуються для точної та постійної подачі використовуваного рідкого CO2 в контур охолодження.
Розширення меж
Мембранні дозувальні насоси були випробувані спеціально відповідно до вимог CERN. Ані CERN, ані LEWA не хотіли залишати щось випадковості, коли йдеться про забезпечення безпомилкового транспортування складного холодоагенту з сервісних печер до детекторів. Для адаптованої дистанційної версії було зроблено кілька прототипів, які функціонували як випробувальні стенди в реальних умовах. Спочатку їх випробовували водою, потім очищали етанолом, а потім випробовували в режимі безперервної роботи з CO2.
«Важливо було впровадити надійне, довговічне рішення. Список вимог був дуже амбітним і вимагав особливих змін», - пояснює Віланд Вольф, Area Sales Manager компанії LEWA.
Наприклад, існуючі ущільнення базової версії були спочатку перевірені, а потім замінені більш придатними версіями. Щоб запобігти випадковому спрацюванню попереджувальних сигналів CO2 після монтажу на місці, герметичні блоки також були покриті фторполімером PTFE у критичних точках. Крім того, приводний блок і приводна головка були модифіковані для забезпечення відповідних точок вимірювання для інструментів CERN.
Крім того, температура подачі на приводі не повинна опускатися нижче -20 °C. Для цього інженери LEWA додали поршневу лінію, в якій гідравлічне масло може нагріватися, запобігаючи потраплянню -55 °C CO2 до приводу.
Процес прискорювача часток LHC базується на низьких температурах, які забезпечуються мембранними дозувальними насосами LEWA, брендом групи компаній Atlas Copco.
Взаємна вигода
Велика підготовча робота окупилася, і компанія LEWA почала постачати першу партію в цілому 18 насосів LDG ecoflow.
Насоси встановлюються подалі від детекторів у сервісних кавернах, поза зоною випромінювання та магнітного поля, що знаходяться в експериментальних кавернах. Це дозволяє керувати ними з диспетчерської за допомогою електричного регулювання ходу та перетворювача частоти, що усуває необхідність у наявності працівників на місці.
Після завершення поточного вимкнення встановлені насоси охолоджуватимуть електроніку та кремнієві датчики через складну мережу передавальних ліній, розподільних колекторів і невеликих охолоджувальних труб.
Додаткову інформацію можна знайти на сайтах: www.lewa.com та www.atlas.cern
