世界最大粒子物理低溫制冷機在CERN安裝巨型冷箱

明年二月份還將在地下安裝兩個較小冷箱，啟動下一階段冷卻。

高亮度大型強子對撞機（HL-LHC）的基礎建設上周取得重大物流與技術進展：兩個大型冷箱在ATLAS和CMS實驗站點成功安裝。

這些部件是加速器未來運行所需升級低溫系統的核心組成部分，目前計劃于203年投入運行。

這兩個圓柱形冷箱長16米、直徑3.5米，由德國工程公司林德制造完成。為運抵CERN園區，這些重型設備經歷了復雜的運輸路線：先沿多瑙河、美因河與萊茵河駁船運輸，再經巴塞爾通過公路轉運至目的地。此次安裝緊隨去年十月六臺壓縮機的部署，保持了地面基礎設施的建設進度。

全球最大低溫設施

大型強子對撞機已是全球最大的低溫設施。目前其27公里環狀隧道中已有23公里維持在1.9開爾文（-271°C）的極低溫度，以確保數千個超導磁體正常運行。該溫度通過循環超流氦的制冷機實現，而向HL-LHC的升級需要大幅提升冷卻能力。

HL-LHC項目旨在提高加速器的"亮度"，即有效增加每個束流對撞點的碰撞次數。為此，設施將在ATLAS和CMS實驗點兩側配置更強力的聚焦磁體與新型腔體。這些設備會產生更高熱負荷，需要更強的冷卻能力。因此，在現有八臺制冷機基礎上，將新增兩臺制冷機組。

工業級制冷的機械原理

雖然這些制冷機的基本原理與家用冰箱類似，但其規模和復雜度截然不同。整套設備占據多棟建筑，依賴大型壓縮機及新安裝的冷箱。流程始于壓縮機將氦氣加壓至20巴，隨后氦氣進入包含熱交換器和膨脹渦輪的冷箱。這些組件協同工作，將氦氣降至3巴壓力下的4.5開爾文（-268.6°C）。

連接各組件及部署控制系統的工程計劃于明年持續推進。技術團隊將同期安裝從地面設施向地下輸送氦氣的低溫管線。下一階段冷卻工程將于二月啟動，屆時會在地下安裝兩個較小冷箱，負責將氦溫最終降至運行所需的1.9開爾文（-271°C）。

按當前時間表，新低溫設施將于2026年底準備就緒進行測試。測試將采用專用加熱系統，模擬HL-LHC全功率運行期間磁體、腔體、低溫供電系統等設備預期產生的特定熱負荷。

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