Kühlsystem
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Damit die Supraleitfähigkeit der Magnete gewährleistet
ist, müssen sie auf 1.9 K (-271.3 °C) abgekühlt werden. Um
das zu ermöglichen wurde das weltgrösste Kühlsystem
konstruiert. Das Aufwärmen bzw. das Abkühlen eines Sektors
des LHC Rings, dauert jeweils 1 Monat. Die Magnete des LHC
Speicherringes und der grossen Detektoren, werden zuerst mit 6000
Tonnen flüssigem Stickstoff auf 80 Kelvin (-193°C)
vorgekühlt und dann mit insgesamt 140 Tonnen flüssigem
Helium, nahe an den absoluten Nullpunkt, auf 1.9 Kelvin (-271.3°C)
abgekühlt. Die bis zu 15 Meter langen Dipolmagnete, schrumpfen
dabei um mehrere Zentimeter. Spezielle Verbindungspuffer, Ventile
und ca. 40000 Dichtungen sind nötig, damit das gesamte System
dicht bleibt. Helium ist als einziger Stoff dazu geeignet, um den
hohen Anforderungen der Kühlung gerecht zu werden. Unterhalb
von 2.2 Kelvin wird Helium zu Helium II.
Dieser Zustand besitzt eine rund eine Million mal höhere
Wärmeleitfähigkeit als normales Helium. Zudem ist Helium
II suprafluid, d.h. es fliesst ohne jegliche Reibung und gelangt
durch kleinste Öffnungen. Deshalb erfordert der Umgang mit
Helium II spezielle Materialen die diesen Anforderungen gerecht
werden können. |
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| Durchschnittstemperatur aller Sektoren |
Quelle: CERN |
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Verteilung
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Damit alle supraleitenden Magnete ständig mit Helium versorgt
werden, wurde ein ausgeklügeltes Verteilernetzwerk installiert.
Auf der Erdoberfläche sind an 8 Stellen oberhalb des Ringes
spezielle Kühlkompressoren, mit einer Leistung von je 18000
Watt errichtet. Jeder liefert zwei Heliumströme; einen
gasförmigen Strom mit einer Temperatur von 50 Kelvin und einen
flüssigen mit 4.5 Kelvin. Die Heliumströme werden dann in
etwa hundert Meter Tiefe geschickt. Unter Tage wird das tiefkalte
Helium über ein komplexes Verteilsystem den Ringelementen
zugeführt und durchströmt Magnetspulen und
Kühlmäntel. |
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| 18 KW Kompressorsystem |
Quelle: CERN |
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| Standorte der 8 Hauptkomressoren |
Quelle: CERN |
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| Heliumtanks |
Quelle: CERN |
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| Einbau der Helium Verteilerrohre im LHC
Tunnel |
Quelle: CERN |
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Cold Compression System (CCS)
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Das Cold Compression System (CCS) sorgt für noch tiefere
Temperaturen. Um eine Temperatur von 1.8 Kelvin (-271.4 °C) zu
erreichen, wird der Heliumdruck durch mehrstufige Turboverdichter
auf einen Absolutwert von 16 Millibar gesenkt. Außerdem musste die 1.4 % Neigung des LHC Ringes
berücksichtigt werden. Durch sie muss das Kühlmittel z.T.
mit und z.T. gegen die Gravitation gepumpt werden. Dies ist
problematisch, da es dadurch zu Druckschwankungen kommt, welche
wiederum die Temperatur des Heliums beeinflussen. Hinzu kommt noch,
dass auch während des Aufwärmens bzw. Abkühlens, die
Temperatur innerhalb eines der 15 Meter langen Magnete, nicht um
mehr als 75 K variieren darf. Die Verteilung des Heliums innerhalb
der Magnetmodule regeln Spezialventile für tiefste
Temperaturen. Die Ventile werden von druckluftbetriebenen Antrieben
bewegt, da die Strahlenbelastung in den Magneten, elektrisch
betriebene Ventile beeinflussen oder gar zerstören könnte.
Die supraleitenden Magnete selbst sind mit ruhendem Helium II
umgeben, das die Wärme aufnimmt und sie über eine Leitung,
durch die He II fließt, abführt. |
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| Cold Compression System |
Quelle: CERN |
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| Heliumverteilung innerhalb eines
Magnetmoduls |
Quelle: CERN |
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Aktuelle Durchschnittstemperaturen der 8 Sektoren
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| Aktuelle Durchschnittstemperatur Sektor 1-2 (Zeitraum: 7 Tage) |
Quelle: CERN |
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| Aktuelle Durchschnittstemperatur Sektor 2-3 (Zeitraum: 7 Tage) |
Quelle: CERN |
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| Aktuelle Durchschnittstemperatur Sektor 3-4 (Zeitraum: 7 Tage) |
Quelle: CERN |
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| Aktuelle Durchschnittstemperatur Sektor 4-5 (Zeitraum: 7 Tage) |
Quelle: CERN |
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| Aktuelle Durchschnittstemperatur Sektor 5-6 (Zeitraum: 7 Tage) |
Quelle: CERN |
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| Durchschnittstemperatur Sektor 6-7 (Zeitraum: 7 Tage) |
Quelle: CERN |
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| Durchschnittstemperatur Sektor 7-8 (Zeitraum: 7 Tage) |
Quelle: CERN |
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