智能電氣閥門定位器應(yīng)用于世界上最大粒子加速器中

在接近低溫極限條件下

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）是新一代加速器的代表，為了達(dá)到所需力場，該加速器中的磁體必須采用液氦進(jìn)行冷卻。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)配備有總計(jì)1,382 個(gè)采用Sipart PS2專用型閥門定位器進(jìn)行控制的低溫閥門，該閥門定位器將將冷凍液氦分配到大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)蓄能器回路單獨(dú)磁體上的整個(gè)回路中。
在位于法國與瑞士邊界線的歐洲粒子物理研究所研究中心，在一條位于地下約110米處、延伸長度超過27公里的隧道中，正在建造世界上最大的、能量最高的粒子加速器。該加速器可達(dá)到超過以前試驗(yàn)?zāi)芗?jí)范圍內(nèi)的能級(jí)。為了達(dá)到這一目的，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)應(yīng)通過超導(dǎo)磁體進(jìn)行工作，該超導(dǎo)磁體必須采用液氦冷卻至約2K（即，-271℃，接近絕對(duì)溫度零度）的溫度下。

在此種極低的溫度下，管道、閥門和管接頭等的材質(zhì)必須采用特殊的耐低溫材料。以前從未建造過如此巨大規(guī)模的超導(dǎo)系統(tǒng)，而冷卻劑供給系統(tǒng)反過來成為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目的最大挑戰(zhàn)之一。

對(duì)機(jī)械和電氣系統(tǒng)的極端要求

在蓄能器回路的整個(gè)長度上，液氦回路中的流量分配通過一套采用專用低溫閥門（例如，為低溫條件應(yīng)用專門開發(fā)的閥門）的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些低溫閥門必須采取高度的絕熱措施，以便這些閥門在遭受到極端溫度梯度時(shí)不會(huì)發(fā)生凍結(jié)。低溫閥門采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操縱，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置通過源自Sipart PS2 系列的電氣閥門定位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

由于偏轉(zhuǎn)效應(yīng)與真空管中加速粒子的碰撞所引起的同步加速器輻射，蓄能器回路附近處輻射載荷非常高，使得在此區(qū)域中無法使用高度集成的電子器件。高能輻射量子可能造成蓄能器部件和微處理器部件中的微細(xì)結(jié)構(gòu)被破壞。由于此種原因，必須開發(fā)出“分離型”Sipart PS2智能閥門定位器，所有閥門定位器中的高度集成電子器件將安裝在距蓄能器回路有一定距離的隧道專門防輻射段（凹室）中。原機(jī)箱中閥門定位器氣動(dòng)輸出段和大型耐輻射位置測量部件，將按照通常氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行安裝。

為了確保信號(hào)從凹室無故障傳輸至現(xiàn)場設(shè)備中，必須進(jìn)行一次仿真測試，此項(xiàng)測試在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，并采用重達(dá)數(shù)噸的電纜盤（例如，稍后放置到隧道中的電纜）。處理器面板與回路中現(xiàn)場閥門定位器之間的最大距離約為一公里。

Sipart PS2型智能電氣閥門定位器機(jī)箱內(nèi)部配有一種專門開發(fā)的模塊，該模塊配備有適合線形范圍遠(yuǎn)程傳輸（至主面板）的干擾抑制部件，該模塊可確保氣動(dòng)輸出級(jí)定位指令的傳遞和定位數(shù)值的反饋。閥門定位器通過Profibus PA 標(biāo)準(zhǔn)總線連接到主控制系統(tǒng)中。

象辦公樓一樣大的檢測器

與日常分析中所使用的大多數(shù)檢測器不同，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的檢測器由數(shù)百萬個(gè)部件構(gòu)成，重量達(dá)數(shù)千噸。例如，ATLAS 檢測器高22米，與一座五層辦公樓一樣高。檢測器的單獨(dú)部件必須以百分之一毫米的精度進(jìn)行連接。為了檢測以后可能出現(xiàn)的失調(diào)或偏移，所有重要部件均安裝有一臺(tái)光學(xué)檢測裝置。僅在檢測器的最里面區(qū)域中，就配有一百億個(gè)晶體管。

在所有的測量中－在檢測器的設(shè)計(jì)中，以及在ATLAS 檢測器（將在這里確定帶電粒子的極性和脈沖）內(nèi)部巨大超導(dǎo)磁體組的設(shè)計(jì)中，精度和靈敏度起著重要的作用。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)回路中其它也使用超導(dǎo)磁體的地方，也通過130分級(jí)型Sipart閥門定位器，使冷卻劑的流量精確保持控制系統(tǒng)所規(guī)定的流量值。

雖然僅為其中一小部分－但仍做出一份貢獻(xiàn)在象大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)這樣的巨大項(xiàng)目中，大多數(shù)單獨(dú)產(chǎn)品和服務(wù)均起著非常小的作用。但這個(gè)巨大加速器中的每一個(gè)部件均必須完美地進(jìn)行工作，以便能夠成功完成尋找希格斯玻色子的任務(wù)，并向證實(shí)粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型方向邁出一大步。而Sipart型閥門定位器將為此做出貢獻(xiàn)。