Criomódulo

Módulo de cavidad de aceleración en aceleradores de partículas modernos

Esquema simplificado de una cavidad SRF en un baño de helio, con acoplamiento de RF y un haz de partículas que pasa .

Un criomódulo es una sección de un acelerador de partículas moderno compuesta por cavidades de aceleración superconductoras de radiofrecuencia (SRF) , que necesitan temperaturas de funcionamiento muy bajas (a menudo en torno a los 2 Kelvin ). El criomódulo es un componente superenfriado complejo y de última generación en el que se aceleran haces de partículas para la investigación científica. Las cavidades superconductoras se enfrían con helio líquido .

Una sección criomódulo de un acelerador está compuesta de cavidades superconductoras que aceleran el haz y también incluye una red magnética que proporciona enfoque y dirección.

Consideraciones de diseño

Las cavidades de los reactores de recuperación de calor suelen ser estructuras de paredes delgadas sumergidas en un baño de helio líquido a temperaturas de entre 1,6 K y 4,5 K. Se requiere una ingeniería cuidadosa para aislar el baño de helio del entorno externo a temperatura ambiente. Esto se logra mediante:

• Una cámara de vacío que rodea los componentes fríos para eliminar la transferencia de calor por convección mediante gases.
• Aislamiento multicapa que envuelve los componentes fríos. Este aislamiento está compuesto por docenas de capas alternas de mylar aluminizado y láminas finas de fibra de vidrio, que reflejan la radiación infrarroja que brilla a través del aislamiento al vacío de las paredes exteriores de 300 K.
• Conexiones mecánicas de baja conductividad térmica entre la masa fría y el recipiente de vacío a temperatura ambiente. Estas conexiones son necesarias, por ejemplo, para soportar la masa del recipiente de helio dentro del recipiente de vacío y para conectar las aberturas en la cavidad SRF a la línea de luz del acelerador. Ambos tipos de conexiones pasan de temperaturas criogénicas internas a temperatura ambiente en el límite del recipiente de vacío. La conductividad térmica de estas piezas se minimiza al tener un área de sección transversal pequeña y estar compuestas de material de baja conductividad térmica, como acero inoxidable para el haz de vacío y epoxis reforzados con fibra (G10) para el soporte mecánico. El haz de vacío también requiere una buena conductividad eléctrica en su superficie interior para propagar las corrientes de imagen del haz, lo que se logra con aproximadamente 100 μm de revestimiento de cobre en la superficie interior.

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  Un criomódulo del Colisionador Lineal Internacional en pruebas en el Fermilab ^[1]
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  Sección transversal del criomódulo. Un tubo grande en el centro es el conducto de retorno de gas helio. El tubo cerrado debajo es el eje del haz.
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  Una brida del criomódulo se utiliza para conectar cables y alambres de instrumentación.
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  Un ejemplo de radiofrecuencia superconductora de nueve celdas de 1,3 GHz basada en niobio que se colocará a lo largo del eje del haz dentro del criomódulo

Referencias

1. Informe técnico de diseño del International Linear Collider 2013. International Linear Collider. 2013. Consultado el 14 de agosto de 2015 .

Enlaces externos

• Criomódulos en el laboratorio de Jefferson
• Imágenes del criomódulo Archivado el 3 de enero de 2005 en Wayback Machine
• Rendimiento de un criomódulo (PDF) ^{[ enlace muerto permanente ]}