Leistungsstarke Kälteanlagen für den LHC, CERN, Genf

CERN betreibt die grösste Maschine der Welt, deren 12,7 km Umfang bei 4,5 Kelvin gehalten wird. Die herausragenden Leistungen der Linde Kryotechnik am Teilchenbeschleuniger LHC wurden mit einem Golden Hadron Award geehrt.

Der leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt LHC liefert Proton-Proton-Kollisionen höchster Energien. Er ist in einem Ringtunnel von 27 km Umfang installiert, 100 m unter der Erde. Um die hochenergetischen Protonen auf ihrer Kreisbahn zu halten, sind extrem starke Magnetfelder notwendig. Die Kühlung dieser Magnete und der Kavitäten des Beschleunigers erfolgt durch acht am Umfang des Ringes verteilte Kälteanlagen. Vier neue Anlagen ergänzen dabei vier umgebaute des früheren Teilchenbeschleunigers LEP. Die Äquivalenzleistung pro Anlage liegt bei einer Temperatur von 4,5 K zwischen 15,5 kW und 18 kW. Jeder einzelnen der acht Kälteanlagen ist ein mehrstufi ges Kaltverdichtersystem zugeordnet, das den Druck des verdampfenden Heliums auf 1,5 kPa absolut reduziert und damit die Temperatur der Magnete auf 1,8 K senkt. Diese Kaltverdichtersysteme sind in separaten Cold Boxen installiert.

Linde Kryotechnik führte folgende Aufträge am Teilchenbeschleuniger LHC aus:

  • Ausbau von zwei Kälteanlagen des früheren Teilchenbeschleunigers LEP und deren Anpassung an die neuen Anforderungen. Diese Anlagen sind mit zusätzlichen Kompressoren und adaptierten Turbinen bestückt worden, für höhere Leistungen und die speziellen Ansprüche der Kaltverdichter.
  • Lieferung und Installation von mit Flüssigstickstoff betriebenen Vorkühlsystemen für alle vier umgebauten LEP-Kälteanlagen. Diese Vorkühlsysteme sind mit umschaltbaren 80 K-Adsorbern ausgerüstet. Jede Anlage überträgt bis zu 600 kW Kälteleistung im Temperaturbereich zwischen Umgebungstemperatur und 80 K.
  • Lieferung und Installation von zwei neuen Hochleistungs-Kälteanlagen, den leistungsstärksten am Teilchenbeschleuniger. Ihre gemessene Leistung beträgt:
    – bei 4,5 K durch isotherme Verdampfung 4.400 W
    – zwischen 4,5 K und 20 K (für Kaltverdichter) 20.700 W
    – zwischen 20 K und 280 K (für Stromzuführungen) 55.400 W
    – zwischen 50 K und 75 K (für Strahlungsschild) 33.000 W
    CERN würdigte den hohen Wirkungsgrad der Anlage mit einem Bonus und einer öffentlichen Erwähnung im Rahmen der ICEC-Konferenz in Beijing, China. Bemerkenswert seien auch das sehr kompakte Design sowie die aussergewöhnliche Leistungsstabilität.
  • Lieferung von vierstufigen Kaltverdichtersystemen mit einer Helium-Förderleistung von je 130 g/s für die vier von Linde Kryotechnik installierten Kälteanlagen im Konsortium mit der japanischen Firma IHI. Die raffinierte Technik dieser vier Anlagen wurde von CERN mit dem Golden Hadron Award 2003 ausgezeichnet.

    Preisverleihung des ‚Golden Hadron Award‘ des CERN im Jahr 2003 für ‚herausragende Innovationen‘; Bildrechte: CERN

  • Bereitstellung einer technologisch anspruchsvollen, neuen Anlage für Atlas, einen der zwei gigantischen Detektoren mit 7.000 t Gesamtgewicht. Die herausragenden Merkmale sind einerseits eine hohe Abkühlleistung (60 kW) von Umgebungstemperatur bis 40 K und andererseits die Fähigkeit, beim „Quenchen“ der Magnete einen grossen Teil des kalten Heliumstroms zurückzugewinnen.

Der Teilchenbeschleuniger LHC ist sowohl im Hinblick auf die eingesetzte Technologie als auch hinsichtlich seiner Ausmasse ein Projekt der Superlative auf Weltebene.

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