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La UVa desarrolla sistemas avanzados para el control de la temperatura del Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra

Las instalaciones de este acelerador de partículas, un anillo de 27 kilómetros de longitud, requiere temperaturas de operación cercanas al cero absoluto (unos -271 grados centígrados)

Además, se trata de reducir al máximo posible el consumo de helio, el elemento que se utiliza como refrigerante para alcanzar esta temperatura

El investigador Rafal Noga ha defendido hoy su tesis doctoral en la Escuela de Ingenierías Industriales en torno a esta materia

El doctorando del Grupo de Investigación Reconocido (GIR) Control y Supervisión de Procesos de la Universidad de Valladolid (UVa) Rafal Noga ha defendido hoy su trabajo de tesis doctoral en torno al control de la temperatura criogénica del Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra (LHC, por sus siglas en inglés), donde tuvo lugar en el verano de 2012 el descubrimiento del bosón de Higgs, un tipo de partícula elemental con un papel clave en el mecanismo que origina la masa de toda la materia y un importante eslabón para consolidar el Modelo Estándar de Física de Partículas.

[22/01/2016] enero 2016
Gabinete de Comunicación UVa
Valladolid
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El Gran Colisionador de Hadrones, un anillo de 27 kilómetros de longitud construido a 100 metros bajo tierra en las instalaciones del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) a las afueras de Ginebra, en la frontera entre Francia y Suiza, es el mayor acelerador de partículas del mundo, capaz de realizar colisiones de partículas con la energía más alta jamás conseguida.

El LHC acelera protones hasta velocidades próximas a las de la luz, con el objetivo de ofrecer nueva información para la comprensión de la naturaleza y el origen del Universo y ayudar a desvelar los grandes enigmas que aún le quedan por resolver a la física moderna.

Para lograr estos ambiciosos objetivos, las instalaciones operan en unas condiciones extremas, en concreto, a temperaturas muy próximas al cero absoluto (por debajo de los 2 grados kelvin, el equivalente a unos -271 grados centígrados), lo que requiere unos sistemas de control de alta precisión.

Y es en esta línea en la que se centra la tesis doctoral de Rafal Noga, investigador de la UVa de origen polaco, quien ha contado con la dirección de César de Prada, coordinador del Grupo de Control y Supervisión de Procesos, y de Enrique Blanco, investigador del CERN.

“Para dirigir el haz de partículas se utilizan campos magnéticos y eso se consigue con electroimanes por los cuales habría que pasar corrientes muy elevadas, de entre 10.000 y 15.000 amperios, lo que en condiciones de temperatura normales generaría una gran cantidad de calor. Sin embargo, en las condiciones de criogenia - temperaturas lo más cercanas posible al cero absoluto- en las que opera el LHC los materiales tienen propiedades diferentes, como la superconductividad en el caso de los imanes. Así, trabajando en condiciones de superconductividad, la resistencia eléctrica es cero y por lo tanto no se desprende calor ni se consume energía eléctrica”, explica César de Prada.

La complejidad de las dinámicas y de los sistemas de control para mantener estas temperaturas de forma precisa a lo largo de los 27 kilómetros del LHC requiere técnicas avanzadas, como las que desarrollan los científicos de la UVa. Así, su aportación se centra en dotar al proyecto “de nuevos métodos de control de la temperatura criogénica, sistemas de alta precisión que si no tuvieran control automático avanzado no podrían funcionar”, asegura De Prada, ya que “las condiciones de operación son tan extremas que un proceso manual no sería viable”.

Reducción en el consumo de helio
Además de asegurar las condiciones técnicas requeridas en el LHC mediante estos sistemas de control avanzado, los investigadores de la UVa trabajan en un segundo objetivo, la optimización de la eficiencia energética del proceso, reduciendo al máximo posible el consumo de helio, el elemento que se utiliza como refrigerante para alcanzar la temperatura criogénica.

“Reduciendo el consumo de helio se puede obtener un ahorro energético significativo, traducido en un menor gasto económico, lo que supone un enorme beneficio para la organización”, apunta el docente e investigador de la UVa.

Una colaboración fructífera
El Grupo de Control y Supervisión de Procesos colabora con el CERN desde finales de los años 90. Según César de Prada, “se trata de una relación muy fructífera que nos da la oportunidad de aportar nuestros conocimientos y desarrollos a un sistema único en el mundo por los retos extraordinarios que plantea y por las condiciones de trabajo en las que opera”.

El Grupo también colabora con el CERN en otros aspectos relacionados con los sistemas de control tanto en el LHC como alrededor del mismo, donde existen cerca de 5.000 lazos de control –sistemas de regulación- de diversos subsistemas y aplicaciones, por ejemplo, los sistemas de aire acondicionado, calefacción y refrigeración. En este sentido, el equipo de la UVa también desarrolla métodos avanzados de supervisión de estos lazos de control, así como sistemas de sintonía automática y sistemas de simulación para que los técnicos y operarios se entrenen diversos tipos de procesos industriales antes de su puesta en marcha.

Rafal Noga, momentos antes de la lectura de la tesis
[Rafal Noga, momentos antes de la lectura de la tesis]



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