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。
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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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