距離日內瓦湖不遠，歐洲粒子物理學實驗室 (CERN) 營運著世界上最大的粒子加速器：大型哈德龍碰撞器 (LHC) 。研究人員正在使用粒子加速來研究物理學的基本問題，並嘗試測定暗物質的成分，例如。他們已經證明了希格斯粒子的存在，即「上帝粒子」，它賦予了所有其他元素粒子其質量。
超大尺寸的檢測機
LHC 粒子加速器是一條約 27 公里長的巨型環形隧道，配有四個測量點，包括兩個通用偵測器 :ATLAS 和 CMS。令人印象深刻的圓柱體，其重量與埃菲爾鐵塔相同，停留在巨大的洞穴內。對研究人員來說，這是通往宇宙秘密的窗口。
ATLAS 偵測器是為了因質子正面碰撞而發現新的顆粒而開發的。這項研究有助於研究額外的維度、力量的統一和黑暗物質。
CMS 偵測器是為了研究質子 - 質子和重離子碰撞中產生的顆粒而開發的。研究人員希望找到基本問題的答案，例如：「為什麼世界是這樣的？」「，」 為什麼有些顆粒比其他顆粒重 ?" 以及「宇宙中的黑暗物質是什麼？」
為了探索隱藏的秘密，ATLAS 和 CMS 使用精確測量來記錄釋放的粒子的路徑、動量和能量，而不會出錯。偵測器覆蓋有矽感測器模組（每個超過一百平方米），可記錄每秒產生超過十億次交互作用的顆粒碰撞。
左圖 ：瑞士 CERN 實驗室的 ATLAS 和 CMS 偵測器使用精確測量來記錄釋放的顆粒的路徑、動量和能量。CMS 偵測器研究質子 - 質子和重離子碰撞中產生的顆粒。圖片來源：CERN
右圖 :ATLAS 偵測器用於偵測因質子正面碰撞而產生的顆粒。這項研究有助於研究額外的維度、力量的統一和黑暗物質。圖片來源：CERN
保持涼爽
為了確保測量結果準確，且矽感測器不會因高劑量的輻射而受損，需要低至 -55 °C 的溫度。電子元件和感測器也會產生大量需要散熱的熱量。
在 2026 至 2029 年規劃的長期停機期間，LHC 加速器及其實驗將進行重要升級。其中一個部分是矽追蹤偵測器的完整更換。
「 ATLAS 和 CMS 將為其所有矽追蹤器和端蓋量熱儀偵測器使用兩相 CO2 冷卻系統。CERN 的冷卻工程師和 CMS 冷卻協調員 Jérôme Daguin 表示，該系統可在低黏度和溫度範圍下實現高熱傳輸，非常適合操作檢測機。
冷卻系統將以並聯模組化裝置為基礎，透過特殊蒸發器循環 CO2。每個冷卻模組都將配備專用隔膜泵，以循環液態 CO2 。
CERN 再次與阿特拉斯科普柯集團旗下品牌 LEWA 的幫浦專家合作，以精確安全地引入冷卻媒體。LEWA 多種尺寸的隔膜計量泵將用於將液態 CO2 精確且不斷地送入冷卻迴路。
突破極限
隔膜計量泵經過專門測試，符合 CERN 的要求。CERN 或 LEWA 都不想將任何事情留在偶然之中，以確保將複雜的冷卻媒體從服務洞穴運輸到偵測器時沒有錯誤。為適應的遠端版本建造了幾個原型，這些版本在實際條件下用作測試台。首先用水測試，然後用乙醇清潔，然後用 CO2 連續運行測試。
「實施堅固耐用的解決方案很重要。LEWA 區域銷售經理 Wieland Wolff 解釋道：「要求清單相當宏大，需要進行一些非常特殊的調整。」
例如，先驗證基本版本的現有密封件，然後更換為更合適的版本。為了防止在現場安裝後意外觸發 CO2 警告警報，氣密裝置的關鍵點也塗有氟聚合物 PTFE。此外，驅動單元和驅動頭經過修改，以為 CERN 的儀器提供適當的測量點。
此外，驅動裝置的轉移溫度不得低於 -20 °C。為此，LEWA 工程師增加了一條往復管路，液壓油可以在其中加熱，防止 -55 °C 的 CO2 到達驅動裝置。
LHC 顆粒加速劑製程仰賴阿特拉斯科普柯集團旗下品牌 LEWA 的隔膜計量泵所實現的低溫。
相互利益
廣泛的準備工作得到了回報，而 LEWA 現在已開始交付第一批共 18 台 ecoflow LDG 泵浦。
泵浦安裝在遠離服務洞穴中的偵測器處，在實驗洞穴中發現的輻射和磁場區域之外。這樣可以透過電動行程調整和變頻器從控制室控制，無需員工在現場。
當目前的停機完成時，安裝的泵浦將透過複雜的輸送管路、分配收集器和小型冷卻管線網路來冷卻電子元件和矽感測器。
如需更多資訊，請造訪：www.lewa.com 和 www.atlas.cern
