Добрынина И.В., Железов С.А., Фархутдинов В.Ф. Расчет условий охлаждения и температурных полей в ячейке периодичности массива кристаллов сцинтилляционного спектрометра фотонов PHOS // 10 Нижегородская сессия, г.Дзержинск, февраль 2005 г.
В рамках международного проекта ALICE на Большом Адронном Коллайдере в CERN РФЯЦ-ВНИИЭФ участвует в разработке фотонного спектрометра (PHOS) на основе сцитилляционных кристаллов из вольфрамата свинца. Спектрометр состоит из 5 модулей по 3582 кристалла в матрице каждого модуля. Общий вес кристаллов в спектрометре составляет около 30 тонн. Необходимое разрешение спектрометра обеспечивается при охлаждении массива кристаллов до температуры -25°С и поддержания этой температуры в течение длительного времени (продолжительность непрерывного сеанса 1-2 месяца) с точностью ±0,1°С. При этом градиенты температуры в поперечном сечении матрицы кристаллов, в пределах кластера 5x5 кристаллов, не должны превышать 0,2°С в поперечном сечении и 2…3°С вдоль кристаллов.
В данной работе приведены результаты решения задачи теплопроводности и теплопередачи для ячейки периодичности, т.е. единичного канала в матрице кристаллов. В качестве граничных условий заданы мощность источника тепла в преобразователе светового сигнала в электрический сигнал на поверхности кристалла, условия теплообмена на внешних стенках модуля, параметры теплоносителя в каналах охлаждения.
По условиям эксперимента ALICE температура на внешних стенках модуля не должна быть ниже точки росы (+14°С). Для поддержания этой температуры использованы ленточные нагреватели на внешних стенках модуля. В данной работе приведены результаты расчета мощности нагревателей для поддержания необходимой температуры в различных режимах работы спектрометра.
Тепловые расчеты проведены методом конечных элементов при помощи программного комплекса ANSYS с использованием трехмерных моделей реальной конструкции модуля, разработка которых выполнялась в пакете Solid Works.
В работе приведены измеренные значения температуры в матрице кристаллов экспериментального модуля. Показано хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных.