Αξιολόγηση, Βελτιστοποίηση και Έλεγχος Ομοαξονικών Καλωδίων και Συνδέσμων Παλμικής Υψηλής Τάσης για Μαγνήτες Kicker στο CERN

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με μετρήσεις και ελέγχους που έγιναν σε συνδέσμους και ομοαξονικά καλώδια υψηλής τάσης, τα οποία χρησιμοποιούνται σε ειδικούς μαγνήτες των επιταχυντών του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN). Το έργο αυτό εκπονήθηκε στις εγκαταστάσεις και τα εργαστήρια του CERΝ στην Ελβετία, και αφορά σε μετρήσεις και ελέγχους τόσο σε ήδη υπάρχοντα αλλά και σε καινούργια μοντέλα ομοαξονικών καλωδίων και συνδέσμων (connectors), τα οποία χρησιμοποιούνται σε μαγνήτες Kicker. Παρουσιάζεται η ανάπτυξη νέων μεθόδων με σκοπό τη βελτιστοποίηση και παραγωγή νέων πιο εξελιγμένων καλωδίων με τη χρήση νέων υλικών. Εξαιτίας του γεγονότος ότι έπρεπε να γίνει παρουσίαση του παρόντος έργου και στο CERN, ένα μεγάλο τμήμα της εργασίας είναι γραμμένο στην αγγλική γλώσσα. Αρχικά, εξετάζεται η πιθανή αντικατάσταση των ομοαξονικών καλωδίων υψηλής τάσης (ΥΤ) τα οποία χρησιμοποιούν μείγμα πεπιεσμένου αερίου SF6 (εξαφθοριούχο θείο) μαζί με πολυαιθυλένιο (PE) ως μόνωση, από καινούργια καλώδια, φιλικότερα προς το περιβάλλον. Προτείνονται νέα σχέδια καλωδίων, τα οποία χρησιμοποιούν μονωτικά έλαια σιλικόνης ως διηλεκτρικό. Κατόπιν, γίνεται μια προσπάθεια προσομοίωσης της συμπεριφοράς τους υπό ΥΤ, με τη βοήθεια λογισμικού που εφαρμόζει τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων, για σχεδιασμό και βελτιστοποίηση. Ακολούθως, δείγματα καλωδίων και συνδέσμων – ήδη υπάρχοντα και καινούργια μοντέλα – τίθενται υπό έλεγχο και τα πειράματα λαμβάνουν χώρα. Το έργο που διεξάγεται στο εργαστήριο περιλαμβάνει την εγκατάσταση διάταξης δοκιμών καλωδίων ΥΤ και την πραγματοποίηση των μετρήσεων και ελέγχων των καλωδίων και συνδέσμων. Εισάγεται μια εύκολη στη χρήση μέθοδος μετρήσεων μερικών εκκενώσεων όσον αφορά στην ακρίβεια των αποτελεσμάτων και στους τρόπους βελτίωσής της. Ακολούθως, τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων στον υπολογιστή επιβεβαιώνονται και συγκρίνονται με αυτά του εργαστηρίου. Συζητείται η δυνατότητα χρήσης των καλωδίων λαδιού ως εναλλακτική λύση για την αντικατάσταση των καλωδίων με πεπιεσμένο αέριο SF6, και οι προοπτικές για μελλοντικές εξελίξεις.