Вы здесь

Разработка камеры распадного объема

Разработка камеры распадного объема
Задача: 
Исходя из требуемых габаритов камеры и соображений прочности определить минимальную толщину листов, разработать технологию сборки.

Летом 2016 года инжиниринговая компания «Карфидов Лаб» приняла участие в проектировании камеры распадного объема для нового эксперимента CERN (Европейского центра ядерных исследований).

Эксперимент носит названиеSHiP (Search for Hidden Particles). Его суть состоит в поиске объяснения явлениям, которые не описывает стандартная модель физики элементарных частиц. Участники эксперимента занимаются поиском тяжелых нейтральных лептонов – частиц, предсказываемых разнообразными моделями новой физики, но не открытых до сих пор экспериментально.

К работе над проектом компанию привлек НИТУ «МИСиС», присоединившийся к эксперименту CERN в качестве эксперта по сплавам и различным видам сталей.  По заказу института, «Карфидов Лаб» приняла участие в разработке конструкции камеры распадного объёма – самой массивной части новой экспериментальной установки. Задачей инженеров было — выбрать оптимальные толщины элементов конструкции при соблюдении требуемых запасов прочности и устойчивости. 

Разработка камеры распадного объема

Работа в проекте была весьма амбициозной и непростой. Для расчета прочности инженеры компании создали подетальную модель камеры. Из-за наличия фасонных поверхностей (форма камеры – конус с эллиптическим сечением) не сразу удалось настроить конечноэлементнуюрасчетную сетку.

Для обеспечения приемлемой точности результатов расчетов размеры элементов должны были быть такими, что их общее количество составляло 6-7 миллионов. На один расчет требовалось  3-е суток, а чтобы подобрать подходящие толщины, нужно было провести не менее 20 таких расчетов. Специалисты компании заменили твердотельную модель на поверхностную, что позволило снизить количество элементов до 800 тысяч, а также сократить время на один расчет. 

Разработка камеры распадного объема

Каждая ячейка, образованная внутренней и внешней оболочками и ребрами, (в камере таких ячеек несколько сотен) имеет 6 внутренних поверхностей. Процесс задания нагрузок от давления жидкости на внутренние стенки ячеек можно было провести только вручную. Также вручную, на основе последовательной серии расчетов, производился выбор толщины листов ячеек и всей конструкции в целом. По результатам расчетов, проведенных компанией «Карфидов Лаб», был выбран материал экспериментальной камеры – определенная марка стали и алюминиевого сплава, а также оптимальные размеры и геометрия элементов конструкции. Инжиниринговая компания «Карфидов Лаб» продолжит сотрудничество с НИТУ «МИСиС» по этому и другим масштабным проектам.

Для справки:

Европейский центр ядерных исследований (CERN, Женева) – крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Основной проект – Большой андронный коллайдер. Главная задача экспериментов – достоверное обнаружение отклонений от стандартной модели физики. Организация была основана в 1954 году.

SHiP (Search for Hidden Particles, сангл. «поиск скрытых частиц») – новый эксперимент CERN. Его цель - поиск трех возможных фундаментальных частиц — тяжелых нейтральных лептонов (Heavy Neutral Leptons, HNL), называемых также майорановскими нейтрино. Введение этих частиц в Стандартную Модель физики элементарных частиц позволит описать существование темной материи, а также отсутствие антиматерии во Вселенной. Техническое предложение по проекту SHiP CERN было представлено к защите в январе 2016 года, в данный момент идет стадия разработки технического проекта, она рассчитана до 2019 года. Фактический запуск агрегата и начало сбора статистических данных создатели планируют к 2022 году.

Камера распадного объема – часть малого кольца одной из ускорительных установок CERN. Представляет собой коническую трубу с внутренней и внешней обшивками. Конструкция оболочки камеры состоит из нескольких сотен ячеек, каждая из которых имеет 6 внутренних поверхностей. По расчёту ученых, в проектируемой камере и будут потенциально возникать новые частицы. Из-за чрезвычайно слабости взаимодействия лептонов с частицами стандартной модели  камера имеет достаточно крупные размеры – её  длина 45 метров, высота - 10 метров в максимальном сечении

 

vitvs 122