Cách không xa hồ Geneva, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) vận hành máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới: Máy gia tốc hạt lớn (LHC). Các nhà nghiên cứu đang sử dụng việc gia tốc hạt để nghiên cứu các câu hỏi cơ bản của vật lý và cố gắng xác định thành phần của vật chất tối chẳng hạn. Họ đã chứng minh được sự tồn tại của hạt Higgs - còn gọi là “hạt của Chúa” - vốn mang lại khối lượng cho tất cả các hạt cơ bản khác.
Máy dò siêu lớn
Máy gia tốc hạt LHC là một đường hầm hình vòng khổng lồ dài khoảng 27 km và được bố trí bốn điểm đo, trong đó có hai máy dò đa năng: ATLAS và CMS. Những hình trụ khổng lồ này có trọng lượng tương đương Tháp Eiffel và nằm trong các hang động khổng lồ. Với các nhà nghiên cứu, đây là cánh cửa sổ mở ra những bí mật của vũ trụ.
Máy dò ATLAS được phát triển nhằm khám phá những hạt mới xuất hiện từ các va chạm trực diện của proton. Nghiên cứu này đóng góp vào các nghiên cứu về các chiều không gian bổ sung, sự hợp nhất các lực và vật chất tối.
Máy dò CMS được phát triển để nghiên cứu các hạt được tạo ra trong các va chạm proton-proton và ion nặng. Các nhà nghiên cứu muốn tìm câu trả lời cho các câu hỏi cơ bản như: "Tại sao thế giới lại như vậy?", "Tại sao một số hạt lại nặng hơn những hạt khác?" và "Điều gì tạo nên sự tối tăm trong vũ trụ?"
Để khám phá những bí mật ẩn giấu, ATLAS và CMS sử dụng các phép đo chính xác để ghi lại đường đi, động lực và năng lượng của các hạt được giải phóng mà không có lỗi. Các máy dò được bao phủ bởi các mô-đun cảm biến silicon (mỗi mô-đun rộng hơn một trăm mét vuông) ghi lại các va chạm của các hạt, tạo ra hơn một tỷ tương tác mỗi giây.
Hình ảnh bên trái: Máy dò ATLAS và CMS tại phòng thí nghiệm Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) ở Thụy Sĩ sử dụng các phép đo chính xác để ghi lại đường đi, động lực và năng lượng của các hạt được giải phóng. Máy dò CMS nghiên cứu các hạt được tạo ra trong các va chạm proton-proton và ion nặng. Nguồn ảnh: CERN
Hình ảnh bên phải: Máy dò ATLAS được sử dụng để phát hiện các hạt do va chạm đầu vào của proton. Nghiên cứu góp phần vào các nghiên cứu về các chiều không gian bổ sung, sự hợp nhất các lực và vật chất tối. Nguồn ảnh: CERN
Giữ mát
Để đảm bảo các phép đo chính xác và cảm biến silicon không bị hư hỏng do liều lượng bức xạ cao, cần có nhiệt độ thấp đến -55 °C. Các thiết bị điện tử và cảm biến cũng tạo ra rất nhiều nhiệt cần được tiêu tán.
Trong thời gian ngừng hoạt động kéo dài theo kế hoạch từ năm 2026 đến 2029, máy gia tốc hạt LHC và các thí nghiệm của nó sẽ trải qua quá trình nâng cấp quan trọng. Một phần là thay thế hoàn toàn các máy dò theo dõi silicon.
"ATLAS và CMS sẽ sử dụng hệ thống làm mát CO2 hai pha cho tất cả các bộ theo dõi silicon và máy dò nhiệt lượng ở nắp đậy. Hệ thống cho phép truyền nhiệt cao ở độ nhớt thấp và phạm vi nhiệt độ phù hợp để vận hành máy dò", Kỹ sư làm mát và Điều phối viên làm mát CMS Jérôme Daguin từ CERN cho biết.
Hệ thống làm mát sẽ dựa trên các thiết bị mô-đun song song lưu thông CO2 qua các bình bay hơi đặc biệt. Mỗi mô-đun làm mát sẽ được trang bị một bơm màng đặc biệt để tuần hoàn CO2 lỏng.
Để giới thiệu chất làm mát một cách chính xác và an toàn, CERN một lần nữa đang làm việc với các chuyên gia về bơm của LEWA, một thương hiệu thuộc Atlas Copco Group. Máy bơm định lượng màng LEWA với các kích cỡ khác nhau sẽ được sử dụng để cung cấp chính xác và liên tục CO2 lỏng được sử dụng vào mạch làm mát.
Vượt qua ranh giới
Các bơm định lượng màng đã được kiểm tra đặc biệt theo yêu cầu của CERN. Cả CERN và LEWA đều không muốn để bất cứ điều gì ngẫu nhiên khi nói đến việc đảm bảo vận chuyển môi trường làm mát tinh vi từ hang dịch vụ đến máy dò không có lỗi. Một số nguyên mẫu đã được chế tạo cho phiên bản điều chỉnh từ xa, hoạt động như các bàn thử nghiệm trong điều kiện thực tế. Chúng được thử nghiệm đầu tiên bằng nước, sau đó được làm sạch bằng ethanol và sau đó được thử nghiệm trong hoạt động liên tục với CO2.
"Điều quan trọng là phải triển khai một giải pháp mạnh mẽ, bền bỉ. Danh sách yêu cầu khá đầy tham vọng và đòi hỏi một số điều chỉnh rất đặc biệt," Wieland Wolff, Giám đốc Bán hàng Khu vực của LEWA giải thích.
Ví dụ, đầu tiên các gioăng hiện có của phiên bản cơ bản được xác nhận và sau đó được thay thế bằng các phiên bản phù hợp hơn. Để ngăn các báo động cảnh báo CO2 vô tình được kích hoạt sau khi lắp đặt tại chỗ, các thiết bị kín cũng được phủ PTFE fluoropolymer tại các điểm quan trọng. Ngoài ra, bộ truyền động và đầu truyền động đã được sửa đổi để cung cấp các điểm đo phù hợp cho các dụng cụ của CERN.
Ngoài ra, nhiệt độ chuyển tiếp tại bộ truyền động không được thấp hơn -20 °C. Để đạt được mục đích này, các kỹ sư của LEWA đã bổ sung một đường ống pít-tông trong đó dầu thủy lực có thể nóng lên, ngăn chặn -55 °C CO2 đến bộ truyền động.
Quy trình của máy gia tốc hạt LHC dựa trên nhiệt độ lạnh được kích hoạt bởi bơm định lượng màng của LEWA, một thương hiệu thuộc Atlas Copco Group.
Lợi ích chung
Công tác chuẩn bị chu đáo đã được đền đáp và LEWA hiện đã bắt đầu giao lô hàng đầu tiên trong tổng số 18 máy bơm ecoflow LDG.
Các bơm được lắp đặt cách xa các máy dò trong các hang động dịch vụ, bên ngoài khu vực bức xạ và từ trường được tìm thấy trong các hang động thử nghiệm. Điều này cho phép chúng được điều khiển từ phòng điều khiển thông qua điều chỉnh hành trình điện và biến tần, loại bỏ nhu cầu nhân viên phải ở tại chỗ.
Khi quá trình tắt máy hiện tại hoàn tất, các máy bơm được lắp đặt sẽ làm mát thiết bị điện tử và cảm biến silicon thông qua một mạng lưới phức tạp gồm các đường dây truyền tải, bộ thu phân phối và ống làm mát nhỏ.
Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập: www.lewa.com và www.atlas.cern
