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

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

2 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.

3 Cryogenics history at CERN

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

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

6 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

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

8 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

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

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

11 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 => 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

12 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

13 HL-LHC P1 & P5 cryogenic integration
TE-CRG plenary meeting, Thursday

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

15 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

16 Cryogenics for test stations: SM18: HFM – Cluster D

17 Cryolab: Prototype test of COMPASS LH2 target
COMPASS LH2 cryocooler performance test Cryo-cooler

18 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

19 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.