明年二月份还将在地下安装两个较小冷箱,启动下一阶段冷却。
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高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)的基础建设上周取得重大物流与技术进展:两个大型冷箱在ATLAS和CMS实验站点成功安装。
这些部件是加速器未来运行所需升级低温系统的核心组成部分,目前计划于203年投入运行。
这两个圆柱形冷箱长16米、直径3.5米,由德国工程公司林德制造完成。为运抵CERN园区,这些重型设备经历了复杂的运输路线:先沿多瑙河、美因河与莱茵河驳船运输,再经巴塞尔通过公路转运至目的地。此次安装紧随去年十月六台压缩机的部署,保持了地面基础设施的建设进度。
全球最大低温设施
大型强子对撞机已是全球最大的低温设施。目前其27公里环状隧道中已有23公里维持在1.9开尔文(-271°C)的极低温度,以确保数千个超导磁体正常运行。该温度通过循环超流氦的制冷机实现,而向HL-LHC的升级需要大幅提升冷却能力。
HL-LHC项目旨在提高加速器的"亮度",即有效增加每个束流对撞点的碰撞次数。为此,设施将在ATLAS和CMS实验点两侧配置更强力的聚焦磁体与新型腔体。这些设备会产生更高热负荷,需要更强的冷却能力。因此,在现有八台制冷机基础上,将新增两台制冷机组。
工业级制冷的机械原理
虽然这些制冷机的基本原理与家用冰箱类似,但其规模和复杂度截然不同。整套设备占据多栋建筑,依赖大型压缩机及新安装的冷箱。流程始于压缩机将氦气加压至20巴,随后氦气进入包含热交换器和膨胀涡轮的冷箱。这些组件协同工作,将氦气降至3巴压力下的4.5开尔文(-268.6°C)。
连接各组件及部署控制系统的工程计划于明年持续推进。技术团队将同期安装从地面设施向地下输送氦气的低温管线。下一阶段冷却工程将于二月启动,届时会在地下安装两个较小冷箱,负责将氦温最终降至运行所需的1.9开尔文(-271°C)。
按当前时间表,新低温设施将于2026年底准备就绪进行测试。测试将采用专用加热系统,模拟HL-LHC全功率运行期间磁体、腔体、低温供电系统等设备预期产生的特定热负荷。
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