Il Large Hadron Collider (LHC) è uno dei luoghi più freddi della Terra. La temperatura di esercizio di 1,9 K (-271,3 °C) dei suoi magneti principali è persino inferiore ai 2,7 K (-270,5 °C) dello spazio esterno. Per portare l'LHC a questa temperatura, 120 tonnellate di elio liquido scorrono intorno a un circuito chiuso nelle vene dell'acceleratore.

Il sistema di raffreddamento LHC è costituito da isole criogeniche con otto frigoriferi ad elio in totale. Ogni punto pari sull'acceleratore (Punti 2, 4, 6 e 8) ha due frigoriferi, uno risalente all'era LEP (Large Electron-Positron Collider), e un altro frigorifero più recente risalente all'avvio dell'LHC. Il frigorifero LEP è composto da due cold box, uno in superficie e l'altro a valle nel tunnel, che raffreddano l'elio dalla temperatura ambiente a 20 K (-253,15 °C) e rispettivamente da 20 K a 4,5 K e un'unità situata in una caverna che genera elio superfluido a 1,9 K.

"Questi frigoriferi risalgono al 1994, ma da allora hanno subito una serie di aggiornamenti, in particolare in preparazione per LHC nel 2006, "dice Emmanuel Monneret, un ingegnere del gruppo TE-CRG al lavoro sul progetto della refrigerazione. "In quell'occasione, la loro potenza frigorifera è stata aumentata da 12 a 16 kW a 4,5 K."

Durante LS2, sono stati effettuati ulteriori upgrade sul frigorifero LEP al Punto 4, aumentando la sua potenza frigorifera a 18 kW a 4,5 K, in preparazione per l'HL-LHC (High-Luminosity LHC):"I frigoriferi Point 4 sono cruciali per l'HL-LHC, perché oltre ai settori di raffreddamento 3-4 e 4-5, devono inoltre raffreddare le sezioni dove sono installate le cavità a radiofrequenza, che richiedono una notevole quantità di raffreddamento, "continua Emmanuel Monneret.

Per ottenere questo importante extra di 2 kW, le quattro turbine e gli scambiatori di calore in ciascuna delle cold box al punto 4 sono state sostituite con equivalenti più performanti. Questo compito era relativamente semplice da eseguire per la scatola fredda in superficie, facilmente accessibile ai lavoratori (vedi foto 1), ma più arduo per la scatola fredda nel tunnel. "Non avevamo previsto che sarebbe stato impossibile entrare nella scatola fredda del tunnel, che è molto più compatto di quello in superficie, " spiega Emmanuel Monneret. "Lavorando in stretta collaborazione con il produttore, alla fine abbiamo trovato una soluzione che ci permettesse di sostituire le turbine e gli scambiatori dall'esterno."

Grazie ad una nuova interfaccia (vedi foto 2) sviluppata dal produttore in pochi mesi, il team responsabile del progetto è stato in grado di installare le turbine e gli scambiatori senza doverli collegare dall'interno della scatola fredda. Questa nuova attrezzatura, che è stato appena commissionato, sarà operativo entro fine mese.

LHC ha iniziato il raffreddamento

Il raffreddamento post-LS2 dell'LHC è iniziato il 5 ottobre nel settore 4-5. Il raffreddamento avviene in tre fasi:da temperatura ambiente a 80 K, da 80 K a 4,5 K, e infine da 4,5 K a 1,9 K. Occorrono circa sette settimane per raffreddare un settore a 1,9 K, comprese le verifiche e le regolazioni della strumentazione e dei sistemi di controllo di processo. I settori vengono raffreddati gradualmente, uno dopo l'altro. L'LHC dovrebbe quindi raggiungere la sua temperatura nominale nella primavera del 2021.