Badania propagacji zimnego helu w modelu tunelu akceleratora Large Hadron Collider

• Autorzy: Konopka G. , Chorowski M. , Fydrych J.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Budowany obecnie w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN w Genewie akcelerator protonów Large Hadron Collider (LHC) będzie zawierał ponad 95 ton ciek-łego i nadciekłego helu utrzymującego w temperaturze 1.9 K nadprzewodzące magnesy o cewkach wykonanych ze stopu Nb-Ti. Akcelerator zostanie umieszczony w podziem-nym tunelu o długości ponad 27 km, a ewentualna awaria systemu kriogenicznego może doprowadzić w niektórych przypadkach do uwolnienia części helu do tunelu akceleratora i w konsekwencji do obniżenia się zawartości tlenu w powietrzu poniżej dopuszczalnej granicy 18%. W pracy opisano stanowisko badawcze pozwalające na symulację wentylacji tunelu akceleratora oraz procesów wypływów helu następujących w wyniku potencjalnych awarii. Omówiono przebieg i wyniki przeprowadzonych badań doświadczalnych. Przedstawiono, zmierzone w wybranych przekrojach poprzecznych tunelu modelowego, procentowe udziały objętościowe tlenu oraz profile temperatury. Opisano pięć charakterystycznych typów przepływów mieszaniny helowo-powietrznej zidentyfikowanych w wyniku badań wizualizacyjnych. Podano warunki skalowania uzyskanych wyników.

EN

The Large Hadron Collider (LHC) presently under construction in European Organi-zation for Nuclear Research CERN in Geneva will contain more than 95 tons of liquid and superliquid helium used to keep the low operating temperature 1.9 K of superconduc-tive magnets made of Nb-Ti. The accelerator will be located in the existing underground tunnel of about 27 km length. Potential failures of the LHC cryogenic system might be followed by helium discharge into the tunnel and in consequence the oxygen concentration might decrease below safe level of 18%. In order to investigate helium-air mixture propagation in the tunnel a dedicated test rig has been designed and built. It is equipped with controllable air ventilation and helium relief systems enabling the simulation of po-tential the LHC cryogenic installation failures. In this paper the course and the results of the performed experiments have been discussed. Oxygen concentration and tempe-rature profiles measured in selected tunnel cross sections have been presented. Five characteristic patterns of helium-air mixture flows identified as a result of visualizations have been described. The scaling rules of the results have been proposed.

Słowa kluczowe

PL

hel zimny; akcelerator protonów Large Hadron Collider (LHC); awaria systemu kriogenicznego

EN

Large Hadron Collider (LHC); failures of the cryogenic system; helium-air mixture propagation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 38, nr 3
• Strony: 38--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Konopka G.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów

autor

Chorowski M.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów

autor

Fydrych J.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów

Bibliografia

• [1] ARENIUS D. i inni: Investigation of personal and fixed head oxygen deficiency hazard monitoring performance for helium gas. Thomas Jefferson National Acceleartor Facility. Virginia, USA. 2001.
• [2] BENDA V. i inni: Conceptual design of the cryogenic system for the Large Hadron Collider (LHC). LHC Project Report 12. CERN. Genewa, 1996.
• [3] CHOROWSKI M. i inni: A simplified cryogenic distribution scheme for the Large Hadron Collider. LHC Project Report 143. CERN, Genewa. 1997.
• [4] CHOROWSKI M.. GIZICKI W.. WACH J.: Możliwości wykorzystania ultradźwięków do wy¬znaczania rozkładów przestrzennych binarnych mieszanin gazów stosowanych instalacjach kriogenicznych. Chłodnictwo nr 6, 2002, pp. 26-31.
• [5] CHOROWSKI M., LEBRUN Ph., RIDDONE G.: Preliminary risk analysis of the LHC Cryogenic System. Advances in Cryogenic Engineering 45 B. Plenum. New York, USA. 2000. pp. 1309-1316.
• [6] CHOROWSKI M., KONOPKA G., RIDDONE G., RYBKOWSKI D.: Experimental simulation of helium discharge into the LHC tunnel. Artykuł wygłoszony na konferencji Internationale Cryogenic Engineering Conference ICEC 19. Grenoble, Francja, 2002.
• [7] CHOROWSKI M., KONOPKA G., RIDDONE G., RYBKOWSKI D.: Experimental simulation of helium discharge into the LHC tunnel from the supercritical helium supply header in the LHC cryogenic distribution line. LHC-ACR Internal Note 2002-01. CERN. Genewa. 2002.
• [8] CHOROWSKI M., KONOPKA G., RIDDONE G.: Helium Discharge and Dispersion in the LHC Accelerator Tunnel in case of Cryogenic Failure. Proceedings of the Eighteenth International Cryogenic Engineering Conference (ICEC 18). Mumbia, India 2000. pp. 231-234.
• [9] JEŻOWIECKA-KABSH K., SZEWCZYK H.: Mechanika Płynów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław, 2001.
• [10] MARTLE Ch.: Air handling of the LHC tunnel and its underground areas. Engineering Specification, LHC-UA-ES-0001 rev 1.1, CERN, Genewa, 2002.
• [11] PALIWODA A.: Urządzenia chłodnicze strumienicowe. WNT, Warszawa, 1971.
• [12] SZUCE E.: Modelowanie matematyczne w fizyce i technice. WNT, Warszawa 1977.
• [13] WILSON M.: Superconducting magnets. Clarenden Press Oxford. 1983.
• [14] ZIEREP J.: Kryteria podobieństwa i zasady modelowania w mechanice płynów. PWN, Warszawa 1978.