高亮度强子对撞机(HL-LHC)的基础设施上周标志着重要的后勤和技术进展,成功在ATLAS和CMS实验场地安装了两个大型冷箱。
这些组件是加速器未来运行所需升级的低温系统的核心部分,目前计划于2030年开始投入运行。
这两个圆柱形冷箱的长度为16米,直径为3.5米,由德国工程公司林德制造。为了运送到CERN设施,这些重型设备需要经过复杂的运输路线。
他们沿着多瑙河、梅因河和莱茵河乘坐驳船旅行,然后通过巴塞尔陆路运输到他们的最终目的地。这次安装是在十月份之前已经放置的六个压缩单元的基础上进行的,保持了地面基础设施的进度安排。
世界上最大的低温设备
大型强子对撞机(LHC)(大型强子对撞机)已经是全球最大的低温设备。目前,加速器的27公里中有23公里保持在1.9开尔文(-271摄氏度),以确保数千个超导磁体能够正常运作。
这个温度是通过循环超流氦的制冷机实现的。然而,过渡到高亮度大强度对撞机(HL-LHC)需要大幅增加制冷能力。
HL-LHC项目旨在提高加速器的“亮度”(luminosity)——有效增加每次束流交叉时的碰撞数量。
为了达到这个目标,该设施将使用更强大的聚焦磁铁和新型腔室,分别位于ATLAS和CMS实验的两侧。
这项 设备 产生更高的热负荷,并且需要更强的冷却能力。因此,在现有的八台设备基础上,还将增加两台新制冷机。
工业冷却系统的机械原理
虽然这些工业冷却系统的基本原理与标准家用冰箱相似,但在规模和复杂性上却有很大不同。这些系统分布在多个建筑中,并依赖大型压缩机和新安装的冷却箱。
这个过程从压缩机开始,压缩机将氦气压缩到20巴。然后,氦气进入冷箱,冷箱内包含热交换器和膨胀涡轮。这些组件的作用是将氦气的温度和压力降低到4.5开尔文(-268.6 °C),在3巴的环境下。
连接这些元素并实施必要的控制系统的工作计划将在未来一年内继续进行。同时,技术团队将安装所需的低温管道,把氦气从地面设施运输到地下设施。
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