Membran-Gaspumpe N 1200
Membran-Gaspumpen von KNF fördern oder verdichten Gase und Dämpfe und erzeugen ein Vakuum, ohne das Mediu...
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Zur ÜbersichtUltrareine Gasgemische für Teilchenbeschleuniger-Experimente am CERN
Warum das weltweit führende Kernforschungszentrum auf KNF Membranpumpen setzt
Das Universum fasziniert die Menschheit seit Jahrtausenden. Einige der spektakulärsten Entdeckungen über die Zusammensetzung des Universums stammen zurzeit aus den Teilchendetektoren des CERN. Für die optimale Zirkulation der notwendigen Gasgemische innerhalb dieser Teilchendetektoren, müssen die eingesetzten Pumpen besonders zuverlässig sein und die Gase frei von Verunreinigungen halten. Seit Jahrzehnten vertraut das CERN auf die Membranpumpen von KNF, um diesen strengen Anforderungen gerecht zu werden.
CERN – Erforschung der Grundlagen des Universums
Woraus besteht das Universum? Diese grundlegende Frage versucht CERN zu beantworten. Die weltweit führende Forschungseinrichtung untersucht dazu die grundlegende Struktur der Teilchen, aus denen sich alles in und um uns herum zusammensetzt.
Tief unter der Erde gelegen, teils in der Schweiz und teils in Frankreich, kommen mehrere ringförmige und lineare Teilchenbeschleuniger für Experimente zum Einsatz. Diese haben bereits zahlreiche bahnbrechende Erkenntnisse hervorgebracht – darunter die Entdeckung des Higgs-Bosons oder die Isolierung von Antimaterie in Form von Antiwasserstoff.
LHC – Tiefe Einblicke in Materie
Um Umwelteinflüsse wie Strahlung auszuschließen, liegt der Large Hadron Collider (LHC), der größte CERN Teilchenbeschleuniger, 100 Meter unter der Erde. Sein eindrucksvoller Tunnel ist 3,8 Meter breit und fast 27 Kilometer lang. Hier werden Teilchen auf knapp unter Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, um dann miteinander zu kollidieren. Die dabei auftretenden physikalischen Vorgänge werden von einer Reihe spezieller Detektoren aufgezeichnet.
Wenn geladene, hochenergetische Teilchen an Edelgasmolekülen vorbeifliegen, ziehen sie eine Ionisierungsspur hinter sich her. Diese winzigen Signale können mit Hilfe elektrischer Felder verstärkt und anschließend elektronisch gemessen werden, sodass eine hochpräzise Verfolgung der Teilchenspuren möglich ist. Die Erkenntnisse aus diesen Experimenten liefern den Wissenschaftlern des CERN tiefere Einblicke in die Struktur von Materie.
CERN setzt viele Gase ein
CERN verwendet rund 30 Gassysteme, um die Detektoren des Large Hadron Collider mit dem richtigen Gasgemisch zu versorgen. Das Detektorgasgemisch ist ein besonders empfindliches Medium. In ihm wird durch Ladungsvervielfachung ein Signal erzeugt, das anschließend aufgezeichnet und ausgewertet werden kann.
Daher ist eine einwandfreie und stabile Zusammensetzung dieser Gasgemische der Schlüssel für den effizienten und zuverlässigen Ablauf dieser Teilchenbeschleuniger-Experimente. Die Mischungen setzen sich aus Edelgasen wie Argon, Xenon, Helium und anderen Gasen wie Tetrafluormethan, Tetrafluorethan, Schwefelhexafluorid, Isobutan und Kohlendioxid zusammen.
Forschung zum Higgs-Boson
Die vier wichtigsten Teilchendetektoren am CERN sind das A Large Ion Collider Experiment (ALICE), ATLAS, Compact Muon Solenoid (CMS) und der Large Hadron Collider beauty (LHCb). Der CMS-Detektor, in dem die Membranpumpen von KNF zur Reinigung und Zirkulation der speziellen Gasgemische eingesetzt werden, ist 21 Meter lang, 15 Meter breit, 15 Meter hoch und wiegt 14.000 Tonnen. Er besteht aus 15 Segmenten und befindet sich in einer Halle 100 Meter unter der Erde bei Cessy in Frankreich. Die CMS-Experimente sollen vor allem die Erforschung des Higgs-Bosons vorantreiben, das erstmals im Juli 2012 durch CERN entdeckt wurde.
Gasrückführung und -rückgewinnung
Auch die umweltschädlichen Fluorchlorkohlenwasserstoffe, sogenannte FCKWs, spielen in den Detektorgasmischungen eine wesentliche Rolle, da sie die für die LHC-Experimente erforderliche Detektorleistung ermöglichen (Eindämmung der Ladungsvervielfachung, Langzeitstabilität des Detektors usw.). Deshalb erforschen Physiker am LHC derzeit Öko-Gase für die nächste Detektorgeneration.
Darüber hinaus entwickelt das EP-DT-Gas-Team des CERN Gasrückgewinnungssysteme für das Großexperiment in Ergänzung zu den bereits verwendeten Systemen sowie ein kompaktes und flexibles Gasrückgewinnungssystem für Laboranwendungen, um jegliche Gasemissionen aus den Detektoraktivitäten zu eliminieren. Die Rückführung und Rückgewinnung der Gasgemische trägt außerdem zur Senkung der Betriebskosten bei.
CERN setzt eine Vielzahl von Gasgemischen ein, die sich aus Edelgasen wie Argon, Xenon, Helium und anderen Gasen wie Tetrafluormethan, Tetrafluorethan, Schwefelhexafluorid, Isobutan und Kohlendioxid zusammensetzen.
Warum KNF Membranpumpen?
Nach jahrzehntelanger Erfahrung mit KNF Membranpumpen wusste CERN, wie verlässlich diese arbeiten und wie flexibel KNF bei der Umsetzung von Projekten und der Lieferung von kundenspezifischen Lösungen ist. Daher wurden zwei KNF Pumpen ausgewählt, um die Gasgemische im CMS-Teilchendetektor zu reinigen und zu zirkulieren. Eine dritte Pumpe dient als Backup.
Da Detektorgasgemische frei von Verunreinigungen sein müssen und ihre Zirkulation nicht beeinträchtigt werden darf, haben sich KNF Prozesspumpen aufgrund ihrer Sauberkeit, Gasdichtigkeit und Zuverlässigkeit als ideale Lösung erwiesen.
Speziell angepasste Pumpen für CERN
Die derzeit in CERN eingesetzten Pumpen sind das Ergebnis enger Zusammenarbeit und eines hohen Maßes an kundenspezifischen Anpassungen. Sie basieren auf einer KNF N 0150 und sind mit der Pumpenkopfgeometrie einer KNF N 1200 ausgestattet.
Darüber hinaus wurden sie durch die Kombination einer Arbeitsmembran mit einer zusätzlichen Sicherheitsmembran individuell angepasst. Diese verhindert, dass im unwahrscheinlichen Fall eines Arbeitsmembranrisses Gas austritt. Trotz dieses hohen Anpassungsgrades hat die Entwicklung einschließlich intensiver Werkstests insgesamt nur 18 Monate gedauert.
„Partikeldetektoren sind äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen selbst in Konzentrationen unterhalb des ppm-Bereichs. Die getesteten Pumpen von KNF gewährleisten, dass diese Voraussetzung erfüllt ist.“
Roberto Guido, Projektleiter, EP-DT Gas Team
Ausschlaggebend für die Wahl von KNF Membranpumpen waren deren hervorragende Reinheit, Gasdichtigkeit, Zuverlässigkeit und die Möglichkeit, diese an die Anforderungen von CERN anzupassen.
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Die jahrzehntelange Erfahrung aus der erfolgreichen Zusammenarbeit mit weltweit führenden Unternehmen in einer Vielzahl von Bereichen ermöglicht es KNF, die für modernste Anwendungen erforderlichen Komponenten zu verstehen und zu liefern. Unsere Experten beantworten Ihnen gerne alle Fragen zu Ihrer spezifischen Anwendung und zeigen Ihnen, wie Sie von KNF Lösungen profitieren können.
