PRO_458

progettare 458 • novembre / dicembre 2023 77 Gas coinvolti nel Cern Per fornire la giusta miscela di gas ai rilevatori corrispondenti agli esperimenti del Large Hadron Collider, il Cern utilizza circa trenta sistemi di gas. La miscela di gas del rilevatore è un mezzo sensibile. In essa, una moltiplicazione di cariche pro- duce un segnale che viene poi registrato e analizzato. Per questo, una composizione corretta e stabile della miscela di gas è fondamentale per il funzionamento affi- dabile degli esperimenti LHC. Le miscele di gas per questi rilevatori di particelle sono composte da gas nobili come argon, xenon, elio e altri gas come tetrafluoro- metano, tetrafluoroetano, esafluoruro di zolfo, isobutano e anidride carbonica. I quattro principali rilevatori di particelle del Cern sono noti come A Large Ion Col- lider Experiment (Alice), Atlas, Compact Muon Solenoid (CMS) e Large Hadron Collider beauty (LHCb). Il rivelatore CMS, nel caso del quale ven- gono utilizzate pompe a membrana KNF per purificare e far circolare le miscele di gas specifiche, è lungo 21 m, largo 15 m, alto 15me pesa 14.000 t. Costruito in quin- dici sezioni, si trova in una sala a 100 m di profondità vicino a Cessy, in Francia. Gli esperimenti CMS mirano principalmente a far progredire la ricerca sul bosone di Higgs, rilevato al Cern nel luglio 2012. Ricircolo e recupero dei gas I clorofluorocarburi, dannosi per l’am- biente e noti come freon, svolgono un ruolo essenziale nelle miscele di gas del rilevatore, in quanto consentono di ottenere le prestazioni del rilevatore ne- cessarie per gli esperimenti con l’LHC (capacità di alta velocità, contenimento della moltiplicazione delle cariche, stabi- lità del rivelatore a lungo termine ecc.). Per affrontare questo problema, i fisici che si occupano dell’LHC stanno attual- mente conducendo ricerche sugli ecogas per la prossima generazione di rilevatori. Inoltre, il team EP-DT Gas del Cern sta sviluppando sistemi di recupero dei gas per il grande esperimento, in aggiunta ai sistemi di ricircolo dei gas già utilizzati, nonché un sistema di ricircolo dei gas compatto e flessibile per le applicazioni di laboratorio, per eliminare qualsiasi emis- sione gassosa dalle attività del rilevatore. Il ricircolo e il recupero delle miscele di gas riduce anche i costi operativi del Cern. Grazie al fatto di aver utilizzato per de- cenni le pompe a membrana KNF, il Cern ne conosceva l’affidabilità e apprezzava la sua flessibilità nell’implementazione di progetti e nella fornitura di soluzioni personalizzate. Pertanto, per purificare e far circolare le miscele di gas nel rileva- tore di particelle CMS sono state scelte due pompe KNF. Una terza pompa serve come backup in caso di guasto durante l’esperimento. Poiché le miscele di gas del rilevatore devono essere prive di contaminazione e la loro circolazione non deve essere in alcun modo compromes- sa, le pompe di processo KNF si sono rivelate la soluzione ideale grazie alla loro pulizia, alla tenuta ai gas e all’affidabilità. Le pompe attualmente in uso al Cern sono il risultato di una stretta collaborazione e di un elevato livello di personalizzazione. Basate su una KNF N 0150, le pompe presentano la geometria della testa della pompa di una KNF N 1200. Sono state ulteriormente personalizzate combinan- do una membrana di lavoro con una membrana di sicurezza aggiuntiva che impedisce la fuoriuscita di gas nell’im- probabile caso di una rottura. Nonostante l’alto livello di personalizzazione, in totale questo processo ha richiesto solo diciotto mesi di sviluppo, compresi i rigorosi test di stabilimento. “I rilevatori di particelle sono estrema- mente sensibili alla presenza di impurità in concentrazioni anche inferiori al livello ppm. Le pompe KNF sono state testate e garantiscono il soddisfacimento di que- sto requisito”, commenta Roberto Guido, Project Leader, EP-DT Gas Team. SPECIALE INDUSTRIA AEROSPACE Nei complessi rilevatori degli acceleratori di particelle viene utilizzata una moltitudine di miscele di gas ultra-puliti. Le pompe a membrana KNF utilizzate dal Cern sono il risultato di una stretta collaborazione che ha portato a un elevato livello di per- sonalizzazione (Foto KNF).