CERN: CO2 per la Ricerca

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Il Large Hadron Collider (LHC) è un acceleratore di particelle situato presso il CERN (European Organization for Nuclear Research), a Ginevra. È lungo 27 km ed è costruito a 100 metri di profondità nel sottosuolo.  L’LHC e i suoi diversi rivelatori sono stati costruiti per aiutare gli scienziati a conoscere meglio l’universo primordiale e acquisire nuove conoscenze nella fisica delle particelle subatomiche. Componenti dell’acceleratore sono i 6 rivelatori di particelle ATLAS, CMS, ALICE, TOTEM, LHCf e LHCb. In particolare, ATLAS e CMS sono stati utilizzati in molti esperimenti di fisica diversi, tra cui la ricerca del bosone di Higgs e lo studio di particelle che possono costituire materia oscura.

I rivelatori contengono cellule di silicio che devono essere tenute fredde per ridurre al minimo i danni da radiazioni delle particelle che le attraversano. In genere, i sensori devono essere mantenuti al di sotto di -40 gradi centigradi, il che significa che i tubi di raffreddamento devono essere mantenuti a circa -50 gradi centigradi o meno. La maggior parte degli attuali sistemi di refrigerazione utilizzati dal CERN contiene refrigeranti sintetici, ad alto potenziale di riscaldamento globale (GWP) ma il CERN vuole soddisfare i vincoli di sostenibilità ambientale posti dal regolamento europeo F-Gas e dall’accordo di Kigali.

Non solo: per applicazioni a temperature ultra-basse (temperature inferiori a -50 °C secondo il regolamento (UE) n. 517/2014) è comune utilizzare miscele di R744 con altri refrigeranti naturali con punti di congelamento inferiori come il R170 e R1150. Sfortunatamente, questi refrigeranti non sono applicabili nella situazione del CERN perché infiammabili. È quindi, è stato necessario trovare una soluzione innovativa per gestire le temperature di raffreddamento richieste utilizzando solo CO2.

Per questo motivo, il CERN sta lavorando in stretta collaborazione con l’università norvegese NTNU al progetto CoolCERN (2019-2023) per sviluppare un sistema di raffreddamento per i due rivelatori ATLAS e CMS che si basi esclusivamente sul refrigerante naturale CO2. La capacità di raffreddamento richiesta sarà fino a 300 kW (ATLAS) e 600kW (CMS) a temperature di evaporazione inferiori a -50, a 100 metri di profondità.

Il concetto di ciclo frigorifero adottato è illustrato in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista “Applied Science” (2021,11,7399). (QUI)

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