用于欧洲核子研究中心大型强子对撞机实验的超清洁气体混合物

欧洲核子研究中心——研究宇宙的本质

宇宙是由什么构成的？这是欧洲核子研究中心试图回答的基本问题。为此，这家世界领先的研究机构致力于探测构成我们周围一切的粒子的基本结构。

各种圆形和线性粒子加速器都深埋在地下，部分位于瑞士，部分位于法国。它们被用于开展各种实验，其中一些实验已经取得了许多突破性的成就，例如发现希格斯玻色子或以反氢形式分离反物质。

大型强子对撞机——更深入地了解物质

为了消除辐射等环境影响，欧洲核子研究中心最大的粒子加速器大型强子对撞机 (LHC) 位于地下 100 米（328 英尺）处，其令人惊叹的隧道宽 3.8 米（12.5 英尺），长近 27 公里（16.8 英里）。在这里，粒子被加速到略低于光速并相互碰撞。然后，一系列探测器会记录在这些碰撞过程中发生的现象。

当带电的高能粒子撞击惰性气体分子时，它们会留下电离痕迹。这些微弱的信号通过电场进行放大，然后进行电子测量，以极高的精度揭示粒子轨迹。通过这些实验结果，欧洲核子研究中心的科学家们对物质结构有了更深入的了解。

欧洲核子研究中心涉及的多种气体

欧洲核子研究中心使用大约 30 个气体系统将气体混合物输送到大型强子对撞机实验中的相应探测器。检测器气体混合物是一种敏感的介质。其中，电荷倍增会产生一个信号，然后会对该信号进行记录和分析。

正因如此，正确和稳定的气体混合物成分是大型强子对撞机实验可靠运行的关键。这些粒子探测器的气体混合物是由惰性气体（如氩气、氙气、氦气）和其他气体（如四氟甲烷、四氟乙烷、六氟化硫、异丁烷和二氧化碳）组成。

推进希格斯玻色子研究

欧洲核子研究中心的四个主要粒子探测器被称为大型离子对撞机实验 (ALICE)、ATLAS、紧凑渺子线圈 (CMS) 和大型强子对撞机 (LHCb)。在长 21 米（68.9 英尺），宽 15 米（49.2 英尺），高 15 米（49.2 英尺），重 14,000 公吨的 CMS 探测器中，KNF 隔膜泵用于净化和循环特定的气体混合物。该探测器由 15 个部分构成，位于法国 Cessy 附近地下 100 米（328 英尺）的大厅内。CMS 实验主要旨在推进对希格斯玻色子的研究，该粒子于 2012 年 7 月在欧洲核子研究中心被发现。

气体再循环和回收

对环境有害的氯氟烃（亦即氟利昂）在检测器气体混合物中也发挥着重要作用，因为它们可以实现大型强子对撞机实验所需的检测器性能（高倍率能力、电荷倍增的抑制、检测器的长期稳定性等）。为了解决这个问题，大型强子对撞机的物理学家目前正在研究用于下一代探测器的生态气体。

此外，欧洲核子研究中心的 EP-DT 气体团队正在开发用于大型实验的气体回收系统、已用气体再循环系统以及用于实验室应用的紧凑而灵活的气体再循环系统，以消除探测器活动产生的任何气体排放。再循环和回收气体混合物也降低了欧洲核子研究中心的运营成本。

为欧洲核子研究中心专门定制的泵

欧洲核子研究中心目前使用的泵是密切合作和高度定制的结果。这些泵基于 KNF N 0150，配备了 KNF N 1200 的泵头几何结构。

它们通过将工作隔膜与额外的安全隔膜相结合进行深度定制，以防止气体在不太可能发生的破裂事件中逸出。尽管定制水平很高，但该过程总共只用了 18 个月的开发时间，包括严格的工厂测试。

“粒子检测器对浓度甚至低于 ppm 水平的杂质极为敏感。KNF 泵经过测试，可确保满足这一要求。”

EP-DT 气体团队项目负责人 Roberto Guido

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