Pompe à membrane pour gaz N 1200
Les pompes à membrane pour gaz KNF transfèrent ou compriment les gaz et vapeurs et génèrent un vide sans ...
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Liste des exemples pratiquesMélanges gazeux ultra-propres pour les expériences LHC du CERN
Pourquoi un centre de recherche nucléaire de premier plan sur la scène mondiale fait confiance aux pompes à membrane KNF
Depuis des millénaires, l’humanité est fascinée par l’univers. De nos jours, certaines des découvertes les plus spectaculaires sur la composition de l’univers ont été faites par les détecteurs de particules du CERN. Les pompes qui font circuler des mélanges gazeux spécifiques dans ces détecteurs de particules doivent être extrêmement fiables et protéger les gaz de toute contamination. Depuis des décennies, le CERN fait confiance aux pompes à membrane KNF pour satisfaire à ces exigences strictes.
CERN - Recherche sur la nature de l’univers
De quoi l’univers est-il fait ? C’est à cette question fondamentale que le CERN tente de répondre. Cette installation de recherche de premier plan sur la scène mondiale étudie la structure fondamentale des particules qui composent tout ce qui nous entoure.
Enfouis dans le sous-sol, en partie en Suisse, en partie en France, divers accélérateurs de particules circulaires et linéaires sont utilisés pour des expériences qui ont déjà abouti à un certain nombre de résultats révolutionnaires, comme la découverte du boson de Higgs ou l’isolement de l’antimatière sous forme d’antihydrogène.
LHC - Mieux comprendre la matière
Afin d’annuler les impacts environnementaux tels que les radiations, le plus grand accélérateur de particules du CERN, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), est situé à 100 mètres sous terre. Son impressionnant tunnel présente une largeur de 3,8 m et une longueur de près de 27 km. Ici, les particules sont accélérées jusqu’à une vitesse légèrement inférieure à celle de la lumière et entrent en collision les unes avec les autres. Une série de détecteurs enregistre ensuite les phénomènes qui se produisent lors de ces collisions.
Lorsque des particules chargées de haute énergie s’écrasent sur des molécules de gaz noble, elles laissent une traînée d’ionisation dans leur sillage. Ces minuscules signaux peuvent être amplifiés à l’aide de champs électriques, puis mesurés électroniquement pour révéler les traces des particules avec un haut niveau de précision. Les résultats de ces expériences permettent aux scientifiques du CERN de mieux comprendre la structure de la matière.
De nombreux gaz sont impliqués dans le CERN
Le CERN utilise une trentaine de systèmes de gaz pour fournir le bon mélange gazeux aux détecteurs correspondants des expériences du Grand collisionneur de hadrons. Le mélange de gaz du détecteur est un milieu sensible. Dans celui-ci, une multiplication des charges produit un signal qui est ensuite enregistré et analysé.
C’est pourquoi il est essentiel que la composition du mélange gazeux soit correcte et stable pour assurer un fonctionnement fiable des expériences du LHC. Les mélanges de gaz pour ces détecteurs de particules sont composés de gaz nobles tels que l’argon, le xénon, l’hélium, et d’autres gaz comme le tétrafluorométhane, le tétrafluoroéthane, l’hexafluorure de soufre, l’isobutane et le dioxyde de carbone.
Faire avancer la recherche sur le boson de Higgs
Les quatre principaux détecteurs de particules du CERN sont connus sous les noms d’ALICE (A Large Ion Collider Experiment), ATLAS, CMS (Compact Muon Solenoid) et LHCb (Large Hadron Collider beauty). Le détecteur CMS, où des pompes à membrane KNF sont utilisées pour purifier et faire circuler les mélanges gazeux spécifiques, mesure 21 mètres de long, 15 mètres de large, 15 mètres de haut, et pèse 14 000 tonnes métriques. Construit en 15 sections, il est situé dans une salle à 100 mètres sous terre près de Cessy en France. Les expériences CMS visent principalement à faire progresser la recherche sur le boson de Higgs, qui a été détecté au CERN en juillet 2012.
Recirculation et récupération des gaz
Les chlorofluorocarbones, connus sous le nom de fréons, qui sont nocifs pour l’environnement, jouent également un rôle essentiel dans les mélanges gazeux des détecteurs, car ils permettent d’atteindre les performances des détecteurs nécessaires aux expériences du LHC (capacité à haut débit, confinement de la multiplication des charges, stabilité du détecteur à long terme, etc.) Pour faire face à ce problème, les physiciens du LHC mènent actuellement des recherches sur les écogaz pour la prochaine génération de détecteurs.
En outre, l’équipe Gaz de la section EP-DT du CERN développe des systèmes de récupération des gaz pour la grande expérience, en plus des systèmes de recirculation des gaz déjà utilisés, ainsi qu’un système de recirculation des gaz compact et flexible pour les applications de laboratoire, afin d’éliminer toute émission gazeuse provenant des activités du détecteur. La recirculation et la récupération des mélanges gazeux permettent également de réduire les coûts d’exploitation du CERN.
Le CERN utilise une multitude de mélanges gazeux composés de gaz nobles tels que l’argon, le xénon, l’hélium, et d’autres gaz tels que le tétrafluorométhane, le tétrafluoroéthane, l’hexafluorure de soufre, l’isobutane et le dioxyde de carbone.
Pourquoi les pompes à membrane KNF ?
Après avoir déployé les pompes à membrane KNF pendant des décennies, le CERN connaissait la fiabilité de leurs performances et appréciait beaucoup la flexibilité de KNF dans la mise en œuvre de projets et la fourniture de solutions personnalisées. Deux pompes KNF ont donc été choisies pour purifier et faire circuler les mélanges gazeux dans le détecteur de particules CMS.
Une troisième pompe sert de dispositif de secours en cas de panne pendant une expérience. Comme les mélanges de gaz de détection doivent être exempts de toute contamination et que leur circulation ne doit en aucun cas être entravée, les pompes de traitement KNF se sont avérées être la solution idéale en raison de leur propreté, de leur étanchéité aux gaz et de leur fiabilité.
Des pompes spécialement conçues pour le CERN
Les pompes actuellement utilisées au CERN sont le résultat d’une collaboration étroite et d’un haut niveau de conception sur mesure. Basées sur une KNF N 0150, les pompes sont équipées de la géométrie de la tête de pompe d’une KNF N 1200.
Elles ont été personnalisées en combinant une membrane de travail avec une membrane de sécurité supplémentaire qui empêche le gaz de s’échapper dans le cas peu probable d’une rupture. Malgré cette conception sur mesure de haut niveau, ce processus n’a nécessité que 18 mois de développement au total, y compris avec des tests rigoureux en usine.
« Les détecteurs de particules sont extrêmement sensibles à la présence d’impuretés à des concentrations même inférieures au niveau ppm. Les pompes KNF ont été testées, et elles garantissent le respect de cette exigence »
Roberto Guido, chef de projet, équipe gaz EP-DT
Le choix des pompes à membrane KNF a été fait en raison de leur exceptionnelle propreté, de leur étanchéité aux gaz, de leur fiabilité et de leur capacité à être adaptées aux exigences du CERN.
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