Descrizione del calorimetro 2 di costruzione italo

Descrizione calorimetro 2 SOX-‐Ce-‐LNGS-‐12B-‐v1.pdf Descrizione del calorimetro 2 di costruzione italo-tedesca
Contenuti del documento
Questo documento descrive il calorimetro 2, quello di progettazione e costruzione
italo tedesca (Università e INFN Genova, TUM Monaco). La funzione di questo
calorimetro è duplice: subito dopo il trasporto del generatore di anti-neutrini
all’interno della camera CR1, il calorimetro sarà usato per una misura di precisione
dell’attività del generatore; subito dopo la fine della misura, il calorimetro sarà aperto
togliendo il vuoto e rimuovendo i coperchio superiore e la base sarà usata come
sistema di trasporto dentro e fuori dal tunnel sotto Borexino del generatore stesso.
Questo documento descrive gli elementi essenziali del calorimetro, il suo principio di
funzionamento e come il dispositivo sarà usato come sistema di trasporto. Dettagli
ulteriori possono essere trovati nel documento che descrivere la sequenza delle
operazioni in sala C SOX-Ce-LNGS-15A-v1.pdf
Descrizione del calorimetro e principio di funzionamento
Il calorimetro ha come scopo principale la misura di precisione (meglio dell’1% è
l’obiettivo) dell’attività del generatore di anti-neutrini (e quindi del flusso di antineutrini emessi) per mezzo di una misura termica. Sul generatore sarà montata una
“camicia” in rame dotata di una serpentina su cui si fa fluire un flusso controllato
d’acqua. Il tutto è tenuto all’interno di una camera a vuoto schermata in modo che il
calore emesso dal generatore sia interamente assorbito dall’acqua. Dalla misura della
variazione di temperatura dell’acqua (con termometri di precisione a 0.005 °C di
accuratezza) e dalla misura di precisione del flusso d’acqua (con flussimetri di
Coriolis con accuratezza 0.1% o meglio) si risale alla potenza termica e quindi al
flusso di anti-neutrini. Il disegno complessivo del calorimetro è riportato in SOX-CeLNGS-15A-4-v1.pdf; qui di seguito riportiamo alcuni dettagli.
Gli elementi essenziali del calorimetro sono indicati in figura:
Descrizione calorimetro 2 SOX-‐Ce-‐LNGS-‐12B-‐v1.pdf campana per tenuta!
vuoto e serpentina !
esterna per termalizzazione
schermi
base calorimetro!
con passanti vuoto
camicia in rame!
con serpentine
struttura di sostegno!
generatore
tirante kevlar
rotaie
carrello di base
Il calorimetro è composto da un carrello di base che può scorrere lungo le rotaie, una
struttura di sostegno che tiene il generatore di neutrini sollevato dal fondo di pochi
mm per evitare conduzione termica, una camicia di rame che avvolge il generatore
stesso e in cui passa una serpentina per il flusso dell’acqua, una serie di schermi per
evitare il passaggio di calore per radiazione elettromagnetica e una campana,
anch’essa connessa ad una serpentina in modo da tenere la temperatura della campana
alla stessa temperatura del generatore e minimizzare quindi il flusso termico per
irraggiamento.
La temperatura d’ingresso dell’acqua è circa 15 °C (valore esatto da definire sulla
base di considerazioni puramente scientifiche ma non si discosterà per più di qualche
grado da questo valore) e si prevede che il flusso sia tale da generare un innalzamento
di temperatura dell’acqua di 35 °C se il generatore avesse 1500 W di potenza (in
realtà il valore sarà inferiore ma il calorimetro è dimensionato per funzionare
correttamente fino a questa potenza). La temperatura massima attesa di uscita
dell’acqua è circa 50 °C con un flusso di 36 l/h (10 cm3/s). Il flusso e la
corrispondente variazione di temperatura potrà essere regolato per ottimizzare
l’accuratezza della misura calorimetrica. Il tempo di stabilizzazione termica è stimato
essere di circa 40 ore dal momento di inserimento della sorgente all’interno degli
schermi, l’accensione del flusso d’acqua e la realizzazione del vuoto all’interno della
campana. Il vuoto sarà quello ottenibile con una pompa turbo-molecolare
direttamente connessa con un breve tratto di tubo alla base del calorimetro (la pompa
è montata su un “vagone” che segue il calorimetro stesso sul binario). Pressione
stimata: 0.01 - 0.001 Pa
I termometri di alta precisione misurano la temperatura in ingresso e uscita alla
camicia in rame. Altri termometri e misuratori di pressione sono inseriti nel sistema
per scopo di monitoraggio.
La misura calorimetrica sarà effettuata fuori dal tunnel e durerà 4 giorni.
Descrizione calorimetro 2 SOX-‐Ce-‐LNGS-‐12B-‐v1.pdf Uso del calorimetro come sistema di movimentazione nel tunnel
Dopo il completamento della misura calorimetrica, il vuoto sarà tolto il la campana e
gli schermi rimossi. In questo modo il generatore rimarrà montato sulla base e
equipaggiato con la camicia di rame, che avrà lo scopo di tenere sotto controllo la
temperatura del generatore durante tutta la durata della misura di fisica (18 mesi) ed
evitare che la potenza termica si dissipi all’interno del rivelatore di Borexino e
disturbi la qualità dell’esperimento.
Osserviamo che la funzione del raffreddamento termico, come indicato nei documenti
di analisi di rischio SOX-Ce-LNGS-14A-v1.pdf, ha solo una rilevanza scientifica e in
nessun modo è essenziale dal punto di vista della sicurezza. Il generatore anche in
assenza di raffreddamento non raggiunge temperature pericolose. Sempre per evitare
problemi termici a Borexino (problemi di natura scientifica) il tunnel sarà comunque
equipaggiato di un sistema di ventilazione idoneo.
La base del calorimetro, connessa ad un argano manuale, sarà usata per inserire il
generatore dentro al tunnel e per rimuoverlo alla fine dell’esperimento.

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