Il CERN e le sue
infrastrutture
Roberto Saban
Dipartimento Engineering
CERN
Torino, 31 Marzo 2014
RICERCA E TECNOLOGIA DI FRONTIERA
il quadruplice ruolo
Il CERN
1. Organizza la cooperazione internazionale nella ricerca,
2. Incoraggia i contatti fra ricercatori e gli scambi con altri
laboratori/istituti nazionali ed internazionali.
3. Diffonde l’informazione pubblicando i risultati e
organizzando il trasferimento di tecnologia verso
l’industria
4. Dispensa una formazione specializzata ai ricercatori
tramite programmi di formazione a tutti i livelli.
Collaborazione internazionale
Ricerca
Sviluppi tecnologici
Educazione
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gli acceleratori al CERN
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LHC
LHC
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LHC Run 1: 2010-2013
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2012 : un anno memorabile
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Physics
Beam commissioning
Shutdown
Tests
2013
Long Shutdown 1
2014
2015
F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A
beam to beam
available for works
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Long Shutdown 1
 Il
giustificazione principale di
questa
pausa
dell’operazione
dell’LHC è la riparazione delle
inter-connessioni dei magneti
superconduttori principali
 Però risponde anche alla necessità
di manutenzione di numerosi
impianti rimasti in operazione per
diversi anni, di nuovi progetti, di
installazione e sostituzione di cavi
ed altre riparazioni in tutto il
complesso degli acceleratori e
degli esperimenti.
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4 TeV per fascio a
6.5 – 7 TeV
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l’organizzazione
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engineering
•
•
•
•
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Infrastrutture
Engineering
Coordinazione
Componenti per
gli acceleratori
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Raffreddamento & Ventilazione
 Chillers, pompe,





scambiatori, valvole,
tubazioni.
Processo,
Supervisione,
Automazione,
Sonde, strumentazione
Quadri elettrici, cavi,
motori….
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 Sistemi idraulici
 raffreddamento ad acqua
(acceleratori, zone
sperimentali, centri di
calcolo, laboratori …);
 distribuzione acqua potabile
e rete antincendio;
 sistemi pompaggio acque di
scarico.
 Impianti di ventilazione,
condizionamento delle aree
sotterranee e degli edifici.
 Impianti di distribuzione
aria compressa.
 Impianti di raffreddamento
specifici per rivelatori nelle
zone sperimentali.
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Impianti di raffreddamento
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Torri di raffreddamento (450 MW)
35
Stazioni di acqua ghiacciata 6-12oC (73 MW)
150
Stazioni di raffreddamento (acqua industriale,
demineralizzata, C3F8, C4F10, C6F14)
800 km
Tubazioni
5'400 m3/h
Rete di distribuzione acqua : 3 stazioni
Consumo di una
città di 45’000
abitanti
10% consumo del
Cantone di Ginevra
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Impianti ventilazione
& distribuzione fluidi
Ventilazione, condizionamento,
riscaldamento
1’500 unità, da 2’000 a 120’000 m3/h
per unità
Antincendio
800 punti
Aria compressa
14 stazioni, rete distribuzione 200 km
Produzione acqua
demineralizzata
20 m3/h - 0.1 μS/cm
 Eurotunnel
 50 km,
 540’000 m3/h
 LHC
 27 km,
 290’000 m3/h
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Raffreddamento dei rivelatori
Temperature
-30 / 80 °C
Pressioni
0.2 / 90 bar
Contaminazione circuito
compressori e pompe “oil-free”, cuscinetti
magnetici, filtri.
Fughe fluido
Fuga singoli componenti: 10-7 o 10-8
mbar/l s
Saldature controllate 100% a raggi X
Flange UHV, o-rings metallici.
Uso di perfluorocarburi (C3F8, C4F10, C6F14), CO2
Parti metalliche: inox
Parti in plastica: EPDM, UHMWPE, Vespel, PCTFE.....
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Raffreddamento & Ventilazione
Impianti tipici
Raffreddamento
Potenza
[MW]
Portata
[m3/h]
Temperatura
[°C]
Pressioni
[bar]
Numero di
circuiti
Acqua
demineralizzata
0.2 – 5
20 - 400
25 - 35
13
3
Acqua
ghiacciata
0.1 - 2
15 - 70
6 - 12
5
3
Potenza
[kW]
Portata
[m3/h]
50 - 500
40’000
Ventilazione
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La distribuzione di energia elettrica
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Consumo annuo
1.2 TWh
Potenza istantanea max
200 MW
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Distribuzione di energia elettrica
Cantieri
 Il rinnovo dei cavi dell’SPS
 Distribuzione(3.3/18/66 kV)
 Controlli
 Per un totale di  90 km in
trincee di 7 km
 Costo
 17 MCHF
 6 FTE
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Distribuzione di energia elettrica
Cantieri
 Nuova sottostazione
elettrica
 Alimentazione
ridondante del
centro di controllo
degli acceleratori
400 V
 Costo
 ~ 6 MCHF
18 kV
 8 FTE
3.3 kV assicurato
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Distribuzione di energia elettrica
Cantieri
MEH59 - Outdoor 66 kV
 Ridondanza della rete di trasporto 66 kV
 Una piccola sottostazione nuova
 Il rinnovo di un sottostazione esistente
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Distribuzione di energia elettrica
Progetti
 Consolidazione della protezione
della rete di trasporto 66 kV
 Ridondanza delle reti 66 et 18 kV
 Rinnovo della sottostazione BE
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La distribuzione di energia elettrica
Forniture tipiche
 Produzione, installazione, collaudo e manutenzione di
 Unità di produzione e distribuzione su batterie di 48 V dc
per i sistemi di controllo delle reti elettriche
 Gruppi statici di continuità (UPS) 400V, da 10 a 200 kVA
 Sottostazioni elettriche chiavi in mano
 Produzione di
 Trasformatori in resina 18/0.4 kV, 18/3.3 kV, 3.3/0.4 kV
da 400 a 8000 kVA
 Cavi alta tensione 24, 72 kV
 Cavi raffreddati ad acqua
 Fibre ottiche single- e multi-mode
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La distribuzione di energia elettrica
Servizi tipici
 Installazioni di
 cavi di distribuzione, raffreddati ad acqua e di controllo
 fibre
 quadri elettrici
 Manutenzione di
 quadri elettrici alta e bassa tensione
 automatismi di riconfigurazione della rete
 gruppi statici di continuità
 generatori diesel
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Trasporti
 Gestione completa di tutta la
catena logistica (mezzi, e
personale) per rispondere a
qualsiasi bisogno di trasporto
e movimentazione propria al
CERN.
 Dallo studio all’acquisto del
mezzo, alla sua utilizzazione,
manutenzione e gestione fine
vita.
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Transporti durante LS1
120
100
80
Personnel Deployed
60
LHC Magnets,
SPS BA1
40
20
Weight [kt]
0
Jan-13
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Feb-13
Mar-13
Apr-13
May-13
Jun-13
Jul-13
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Aug-13
Sep-13
Oct-13
Nov-13
Courtesy Caterina Bertone
Dec-13
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Veicoli industriali
 30 carrelli elevatori diesel e 150 elettrici
 100 piattaforme semoventi aeree
 1000 macchine per manutenzione manuale
 60 veicoli speciali per il trasporto dei
magneti dei vari acceletatori
 180 trattori elettrici
TOTALE : 1500 macchine (Valore 25 M€)
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Trasporti
Il treno per la tele
ispezione in azione nel
tunnel LHC.




342 carriponte
+ 450 paranchi
+ 2000 bilancini
Valore totale 82 M€
Gruppo
motoriduttore
dell’ascensore
PM45 (100 m)
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Tre contratti recenti con
una grande ditta italiana
per il rinnovo (4) e la
sostituzione (50+5) di
carriponte per un totale
di 3.2 M €
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Trasporti
Impianti e attrezzi tipici
 Carriponte
Scartamento
fino a 60 m
Portata
0.5-180 t
Altezza
fino a 150 m
 Ascensori [merci & persone]
Fermate
2-8
Portata
0.320 a 25 t
Altezza
fino a 150 m
 Elevatori a forca (forklift)
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Propulsione
Diesel o batterie
elettriche
Portata
0.5 a 20 t
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Ingegneria Meccanica e Materiali
Mandato
Fornire alla comunità CERN – acceleratori e rivelatori soluzioni di ingegneria combinando progetto meccanico,
fabbricazione e scienza dei materiali.
Inermet : comparison Autodyn (SPH)
between simulation and experiment
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Ingegneria Meccanica e Materiali
Attività
Engineering &
Progettazione
Ufficio Studi interno, 40 progettisti
 CATIA / SmarTeam, ANSYS
 Laboratorio di misure meccaniche

4000 m2 di officine interne, 50 tecnici (Staff e
Industrial Support): lavorazioni CNC, lamiera
& saldatura, electron beam & laser, brasatura
sotto vuoto
 Servizio di subcontracting

Fabbricazione

Materiali &
Metrologia
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

Supporto materiali, analisi & metallurgia:
microscopia, prove meccaniche
Controlli NDT: US, radiografia, tomografia
350 m2 di laboratorio di metrologia interna:
CMM
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Ingegneria Meccanica e Materiali
Fatturato
Ufficio studi e progettazione
Subcontracting
Fabbricazione
2010 2011 2012 2013
2.4
2.7
3.1
2.8
3.8
5.9
7.0
7.9
2.6
3.5
4.3
5.7
8.8
12.1 14.4 16.4
!
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Ingegneria Meccanica e Materiali
Tipologia dei lavori di subcontracting
1/2
Settore
Prodotti principali
Tecnologie
UHV-XHV
(Vacuum)
Camere vuoto
Flange per UHV (CF)
TiG welding;
EB welding (saldatura fascio
elettroni);
Brasatura (sottovuoto)
UHV-XHV
(Vacuum)
Soffietti
TiG welding;
EB welding;
Ceramica
Aluminium Oxide, Zirconium
Oxide, Silicon Carbide,
Silicon Nitride
Lavorazioni meccaniche
Trattamenti superficiali
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Ingegneria Meccanica e Materiali
Tipologia dei lavori di subcontracting
2/2
Settore
Prodotti principali
Tecnologie
Lavorazioni
meccaniche generali
Telai (acciai al carbonio,
acciai inossidabili,
superleghe di nickel, leghe di
alluminio)
Saldatura (lunghezza almeno 3 metri)
Fresatura
Verniciatura
Lavorazioni
meccaniche di
precisione (+/0.02)
Componentistica meccanica
(acciai al carbonio, acciai
inossidabili, superleghe di
Nickel, leghe di alluminio)
Fresatura, Tornitura, Rettifica
(500x500x500mm)
Lavorazione lamiera
Lavorazioni
meccaniche
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Taglio (laser, water, plasma)
Saldatura
Piegatura
Materiali esotici (tantalum,
tungsten, molybdenum,
carbon)
Fresatura, Tornitura, Rettifica
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Contratti
1. Nuovi impianti, modifiche (upgrade,
ristrutturazione) impianti esistenti
 progettazione di dettaglio, fornitura
materiale, installazione, test, start up,
redazione dossier tecnico
2. Modifica parziale di impianti
(ampliamenti, nouve utenze..)
 fornitura materiale, installazione, test,
redazione dossier tecnico.
3. Fornitura materiale, pezzi ricambio,
componenti specifici
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Contratti
50
M CHF
Servizi
Forniture
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
2010
2011
2012
Run 1
2013
2014
LS1
30 fb-1
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Il medio e il lungo termine
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in programma
 Operazione
 Manutenzione
 Consolidazioni
 Ricerca & Sviluppo
Scoperte
Invenzioni
Spin-off
 Upgrade
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