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CO2-Pumpen kühlen LHC

Was die Welt im Innersten zusammenhält: Europäische Spitzenforschung - mit Pumpen aus Schwaben

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Das erste Kühlsystem, das mit Lewa-Pumpen ausgestattet war, wurde vom National Institute for Subatomic Physics in Amsterdam für das LHCb-Experiment entwickelt. Dieses geht der Frage nach, warum das Universum hauptsächlich aus Materie und nicht aus Antimaterie besteht.

Dazu wird u.a. das B-Meson untersucht, das ein Elementarteilchen namens „b-Quark“ oder „beauty-Quark“ enthält, von dem sich der Name LHCb ableitet. Um diese Teilchen zu erhalten, werden Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht. Die dabei entstehenden Partikel werden über spezielle Instrumente erfasst und mithilfe von Computerprogrammen analysiert.

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Extreme Strahlung sorgt für erschewrte Bedingungen

Beim LHCb-Detektor erfolgt im Gegensatz zu anderen Erfassungssysteme die Detektion nur in eine Richtung. Der erste Subdetektor, als „Velo“ (für Vertex Locator) bezeichnet, liegt direkt am Kollisionspunkt. Weitere sind auf einer Länge von 20 m hintereinander angeordnet. Der Velo dient u.a. der präzisen Bestimmung des Zerfalls­orts sowie der Spurenrekonstruktion.

Damit die höchstmögliche Präzision erreicht wird, muss sich die komplette Anlage in einem Vakuum befinden. Um Strahlungsschäden auf den Sensoren zu vermeiden, kühlen zwei Kohlenstoffdioxid-Kreisläufe jede Hälfte des Detektors auf rund -25 °C. Dabei können durch die starke Strahlung des LHC zwei Arten von Schäden auftreten: Verschiebungen in der Kristallstruktur aufgrund von nicht ionisierendem Energieverlust und Ansammlungen von positiver Ladung auf den oberflächlichen Schichten aufgrund von ionisierendem Energieverlust. Die Folgen: deutlicher Anstieg der erforderlichen Spannung, Anstieg des Kriechstroms und deutliches Absinken der Durchschlagspannung.

Darum kommen Drehkolbenpumpen nicht in Frage

Die Wahl fiel deshalb auf Membrandosierpumpen von Lewa, da im Detektorkühlkreislauf kein Öl vorhanden sein darf. Dieses könnte durch Einfluss der Strahlung aushärten und die dünnen Kühlleitungen blockieren.

Auch ölfreie Drehkolbenpumpen kamen aufgrund der schlechten Schmiereignung von CO2 nicht in Frage. „Deshalb setzen wir Lewa-­Ecoflow-Membranpumpen ein, die keine Schmierung durch das Fluid erfordern“, erklärt Hans Postema, Senior-Maschinenbauingenieur am Cern.

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