Italia al CERN 4 aprile 2017 Cryogenics Antonio Perin (TE-CRG)

Introduzione Perché la criogenia al CERN? I sistemi superconduttori possono funzionare solo a bassa temperatura Magneti 1.9 K ( -271 °C) – 4.5 K Cavi superconduttori 1.9 K – 20 K Certi rilevatorispecifici devono anche funzionare a bassa temperatura Certi esperimenti e misure richiedono basse temperature Che temperature per per la criogenia? <100 mK (-273 °C): per esperimenti speciali, ecc. 1.9 K (-271.3°C) elio superfluido: per magneti superconduttori ad alto campo, ecc. 4.5 K (-268.7°C) elio liquido 1.2 bar: es. Magneti superconduttori, cavità radiofrequenza, ecc.superconduttrici 20 K (-253.2): superconduttori HTS 77 K (-196.2°C) azoto liquido: schermi termici, rilevatori, ecc.

Cryogenics history at CERN

Cryogenic installations LHC accelerator LHC detectors Other detectors Other acceler. Test areas Central services Standby 30 refrigeratori per elio liquido + distribuzione criogenica

Inventory of cryogenic systems HL-LHC new refrigerators (3) in 2023 Footprint of cryogenic plant Refrigeration capacity @ CERN Air Liquide Linde

Principali componenti e sistemi criogenici che saranno acquisiti nei prossimi anni HL-LHC: Refrigeratori per elio ( 4 o 5 impianti di garndi dimensioni), cold compressors, valve boxes e grandi sistemi di distribuzione criogenica + infrastruttura Sistemi di compressori per elio Compressori media pressione (10 bar – 20 bar) e alta pressione (200 bar), pompe olio, ecc., motori Sistemi di "oil removal" e purificazione di elio Maintenance di compressori e motori elettrici Tubatura, recipienti e componenti per gas e pannelli di valvole a temperatura ambiente Sistemi di tubature e distribuzione di gas (elio, azoto, ecc.), recipient a pressione (es. 80 m3 20 bar) Valvole on/off, valvole di controllo, valvole a solenoide, ecc. Distribuzione di fluidi criogenici Transfer lines isolate a vuoto, valve box Serbatoi per gas liquidi isolati sotto vuoto (dewar) Strumentazione e vuoto Misura di pressione, temperature, flussi, ecc. Pressure switch, flow switch, ecc. Pompe a vuoto, componentistica per vuoto Sistemi di controllo e supervisione Armadi elettrici e cablaggio

Hi Lumi LHC + tests fro HL-LHC + many other systems! SM18 HL-LHC

The CERN Flagship: The Large Hadron Collider (LHC) LHC accelerator (24 km of superconducting magnets operating at 1.9 K (-271 •C) CMS detector ATLAS detector CMS ATLAS

LHC cryoplant : Surface Helium Vessels Compressor station LN2 storage Cold box Cold box

SM18 related activities not reported here HL-LHC Cryo Upgrade 2 new cryoplants (~18 kW @ 4.5 K incl. ~3 kW @ 1.8 K ) at P1 and P5 for high-luminosity insertions 1 new cryoplant (~4 kW @ 4.5 K) at P4 for SRF cryomodules. (Alternative under study: upgrade of 1 existing LHC cryoplant and distribution) 11T + Q5@P6 SRF test facility with beam at SPS-BA6 primarily for Crab-Cavities SPS-BA6 SM18 related activities not reported here

HL-LHC Cryogenics Master Schedule Major HL-LHC Cryo activities (SPS-BA6 on tracks, in parallel with SM18 activities) P4-RF: => Decision baseline/alternative by end of 2017 for work @LS2 => Then specification work during 2017, for contracts by end’2017 P1/P5: => 4-5 years to complete design, clarify interfaces and prepare for tendering CERN - L. Delprat – 2nd HiLumi Industry Day – October 31st 2016 – IST Lisbon

Technical Infrastructures at P5 SU Ventilation units SU chillers & pumping stations SF cooling towers SHM Helium compressor station SD He refrigerator New surface buildings, shafts and caverns to be constructed, to accommodate for new Hardware to be installed

HL-LHC P1 & P5 cryogenic integration TE-CRG plenary meeting, Thursday 24 11 2016

Test areas: Cold Box & Cryogenic Distribution System (B180) All deliveries according to planning and installed.

Test areas: typical cryogenic infrastructure: building B279 compressor system Control racks in B279 June 2016, delivery of Mayekawa Italia Compressor STAL compressor Mayekawa Italia compressor

Cryogenics for test stations: SM18: HFM – Cluster D

Cryolab: Prototype test of COMPASS LH2 target COMPASS LH2 cryocooler performance test Cryo-cooler 30W@20K

Principali componenti e sistemi criogenici che saranno acquisiti nei prossimi anni HL-LHC: Refrigeratori per elio (4 o 5 impianti di grandi dimensioni), cold compressors, valve boxes e grandi sistemi di distribuzione criogenica + infrastruttura Sistemi di compressori per elio Compressori media pressione (10 bar – 20 bar) e alta pressione (200 bar), pompe olio, ecc., motori Sistemi di "oil removal" e purificazione di elio Maintenance di compressori e motori elettrici Tubatura, recipienti e componenti per gas e pannelli di valvole a temperatura ambiente Sistemi di tubature e distribuzione di gas (elio, azoto, ecc.), recipient a pressione (es. 80 m3 20 bar) Valvole on/off, valvole di controllo, valvole a solenoide, ecc. Distribuzione di fluidi criogenici Transfer lines isolate a vuoto, valve box Serbatoi per gas liquidi isolati sotto vuoto (dewar) Strumentazione e vuoto Misura di pressione, temperature, flussi, ecc. Pressure switch, flow switch, ecc. Pompe a vuoto, componentistica per vuoto Sistemi di controllo e supervisione Armadi elettrici e cablaggio

Conclusioni Previsioni per les acquisizioni per la criogenia del CERN Un numero limitato di impianti di grandi dimensioni per il progetto Hi-Lumi LHC (Installazione 2024). Questi impianti richiedono esperienza di impianti simili e di gestione di progetti di grandi dimensioni. Vari sistemi e componenti per impianti di prova, upgrade e miglioramenti di funzionamento. Periodo 2017 – 2024. Armadi elettrici per sistemi di controllo per nuovi impianti e rinnovamento di impianti esistenti Componentistica: valvole, strumentazione, pompe a vuoto, ecc.