碳纤维型材在欧洲核子研究中心完成9年的高精度服务

由Exel Composites设计和制造的碳纤维部件已经在日内瓦的CERN大型强子对撞机(LHC)粒子加速器中完成了9年的高精度应用服务。

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作为LHC Compact Muon电磁(CMS)探测器的颗粒物追踪器支撑结构的重要组成部分,Exel的拉挤型材必须满足严格的尺寸公差要求,并在这种极具挑战性的环境中保持最高水平的性能,任何停机或故障都会影响重大的科学实验。

LHC是世界上最大最强大的粒子加速器。它由一个27公里的超导磁体环组成,有许多加速结构可以增加粒子的能量。在加速器内部,两个高能量的质子束以相反的方向接近光速行进,然后在它的环周围的四个位置碰撞。CMS检测器位于四个碰撞点之一,并使用由约7500万个排列在12个同心层中的单独电子传感器通道组成的硅跟踪器记录颗粒所采用的路径。跟踪器需要以非常高的精度记录粒子路径,而且重量轻,从而尽可能少地扰动粒子。

Exel复合材料组件是支持硅跟踪器模块的688高精度结构的一部分。它们由两个长1.2米的Exel碳纤维环氧树脂复合材料U型材(壁厚0.7毫米)和L型横杆组成,形成一个框架结构,颗粒检测模块位于该结构上。除了提供这种应用所需的轻质和辐射透明外,Exel型材在尺寸和直线度方面也达到极其严格的公差要求,并保持CMS在低温下的所有机械性能。为了提供高水平的刚度和热稳定性,Exel使用高模量单向(UD)碳纤维设计型材。薄玻璃纤维表面组织也被用来促进加工。

Exel公司在高性能薄壁拉挤型材生产方面的成熟能力以及公司在高模量碳纤维设计方面的丰富经验是该项目成功的关键因素。此前,Exel还与CERN成功合作,提供了大约200公里的电绝缘玻璃纤维型材,用于框架LHC的超导母线。

Exel在2001年至2005年期间向CERN提供了跟踪器支持配置文件,最终在2008年开始运行.CMS检测器一直表现出色,最终在2012年发现了一种新的基本粒子 – 希格斯玻色子。

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CERN的CMS Tracker项目工程师Antti Onnela评论说:“我们对Exel复合材料公司提供的高水平技术和开发支持非常满意。“我们对这些复合材料结构的要求相当具有挑战性,早期的层压版本没有达到要求,Exel开发了所需的薄壁U型材,这在技术上是卓越的,而且由于生产过程减少了浪费昂贵的碳纤维,在CMS使用9年之后,Exel零部件的性能始终如一,完美无瑕。

“Exel复合材料公司销售和市场营销高级副总裁Kari Loukola说:”我们非常自豪Exel型材已经提供了操作这种非常复杂的仪器所必需的精度和性能。“这个项目进一步证明了我们的拉挤成型技术如何能够生产高质量的型材,这将为客户在未来多年内在最苛刻的环境中提供可靠的性能。”

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