Szafy sterownicze w projekcie akceleratora cząstek 4 generacji

W stanie São Paulo prowadzony jest jeden z największych projektów naukowych – Laboratório Nacional de Luz Síncroton. Jednym z wielu celów prac badawczych w tutejszym akceleratorze cząstek jest badanie ludzkiego mózgu oraz choroby Parkinsona.

W Campinas – stolicy brazylijskiego stanu São Paulo – w ramach projektu Sirius powstaje właśnie jeden z największych na świecie akceleratorów cząstek. „Sirius jest szczytowym osiągnięciem dzisiejszej inżynierii. Tutaj co najmniej przez dziesięciolecie będzie tworzona nauka na światowym poziomie”, przewiduje fizyk Antônio José Roque da Silva – dyrektor generalny mającego tutaj siedzibę Narodowego Centrum Badań nad Energią i Materiałami (CNPEM) i kierownik projektu. Jego zdaniem badania, które obecnie trwają dziesięć godzin, akcelerator czwartej generacji Sirius pozwoli zrealizować w dziesięć sekund.

Badania z prędkością światła

Pierwszy strumień elektronów popłynął 8 marca 2019 r.: to kamień milowy w budowie generatora promieniowania synchrotronowego w centrum badawczym CNPEM. Światło synchrotronowe powstaje, gdy przyspieszone cząstki w ostatnim etapie zbliżają się do prędkości światła i przy około 600 000 okrążeń na sekundę ich tor zostaje zmieniony za pomocą pól magnetycznych. To zaś pozwala na wykonywanie zdjęć w wysokiej rozdzielczości różnych procesów oraz materiałów organicznych i nieorganicznych – na przykład wirusów, skał, protein, roślin, związków metalicznych i fragmentów ludzkiego ciała.

Mateus Fonseca jest zachwycony. Ten 28-letni badacz z CNPEM od lat zajmuje się zaburzeniami neurodegeneratywnymi, przede wszystkim chorobą Parkinsona, na którą cierpi obecnie sześć milionów ludzi na całym świecie. „Za pomocą światła synchrotronowego z Syriusza mogę zbadać ludzki mózg w pojedynczej analizie z milimetrową i nanometryczną precyzją”, wyjaśnia Fonseca i dodaje: „Być może dzięki temu znajdziemy metody leczenia dotychczas nieuleczalnych chorób neurodegeneratywnych!”.

Pionierska praca i rozbudowa infrastruktury szaf sterowniczych

Inżynier James Citadini kieruje procesem składania akceleratora cząstek. W trzech akceleratorach znajdują się miliony części elektronicznych i innych elementów, które razem tworzą przyspieszacz czwartej generacji. Wszystkie, nawet te ważące kilka ton części, muszą zostać zainstalowane w swoim miejscu z milimetrową precyzją.

„Zastosowaliśmy magnesy stałe o wysokiej sile pola magnetycznego”, mówi inżynier i dodaje: „Kiedyś na wszystkich konferencjach i targach specjaliści komentowali sceptycznie, że nigdy by nie zadziałali w taki sposób – a dzisiaj nasz model jest uznawany za punkt odniesienia!”.

Kolejne wyzwanie polegało na tym, aby w miarę możliwości zatrudnić wyłącznie brazylijskich dostawców. „Czasami musieliśmy przekonywać również szefów mniejszych firm do opracowania specjalnie dla nas nowych części, które dopiero potem były testowane – i oczywiście mogły nie zadziałać”, kontynuuje Citadini. 85 procent inwestycji w projekt Sirius zostało poczynionych w Brazylii. Rittal jest jedną z niewielu firm, które dopuszczono z zewnątrz jako dostawcę dla projektu.

„W pobliżu stacji badawczych zastosowanie znalazło 200 pełnogabarytowych szaf sterowniczych”, wyjaśnia Citadini. Szafy te muszą być bez przerwy chłodzone do ściśle określonej temperatury, a jednocześnie w miarę możliwości nie może występować żaden hałas. „Nie mogą występować żadne wibracje, które mogłyby zakłócać eksperymenty naukowców, a szafy sterownicze muszą działać absolutnie bezzakłóceniowo”, uzupełnia Marcelo Adolfo z Rittal Brazylia.

Specjaliści z Rittal podjęli wyzwanie i rozpoczęto prace nad prototypami idealnie dopasowanymi do ekstremalnej precyzji w warunkach laboratoryjnych modelu. W ramach tych prac specjaliści w Campinas porównywali prototypy dwóch dostawców brazylijskich i Rittal. „Aby zminimalizować wibracje, zwiększyliśmy grubość blach stalowych z dotychczasowych 1,5 milimetra do trzech milimetrów”, wspomina Adolfo.

Poza dobrą cyrkulacją powietrza w szafach sterowniczych, Citadini docenia komfort montażu systemu szaf niemieckiego producenta, na przykład szyn chassis do szybkiej zabudowy wewnętrznej, ponieważ nie wymagają one żmudnego przykręcania. Wystarczy tylko kliknąć. „Przy około 200 szafach z niezliczonymi częściami elektronicznymi oznacza to ogromną oszczędność czasu”, mówi.

Rezultatem wspólnych prac jest sześć różnych modeli o kompatybilnej stylistyce. Technicy zbudowali w Campinas po jednym prototypie każdego modelu. Laboratorium akceleratora cząstek wykorzystuje łącznie około 200 szaf pełnogabarytowych, 40 następnych już znalazło zastosowanie w jednym z dwóch centrów danych

W przyszłości w ramach projektu Sirius zostanie utworzonych do 40 stacji badawczych, z których będą mogli korzystać naukowcy z różnych krajów. Każda z nich wymaga następnych ośmiu do dziesięciu szaf sterowniczych.