瑞士：大型强子对撞机 (LHC) 的未来实验是一项耗资数十亿英镑的粒子物理学研究项目，将采用二氧化碳制冷技术。

随着含氟气体法规的实施，大型强子对撞机的运营商 CERN 决定过渡到远离 HFC。虽然在超低温应用中使用 R744 与其他“天然”碳氢制冷剂（如乙烷和乙烯）的混合物是很常见的，但由于它们的易燃性，这被排除在外。

欧洲核研究组织 (CERN) 成员及其合作者、挪威科技大学 (NTNU) 和开普敦大学的一篇文章揭示，拟议的 ATLAS 和 CMS 跟踪探测器实验的冷却系统在LHC 将完全基于 CO2 制冷技术。

带常用设备、压缩机片和冷箱的一次系统简化图

温度稳定

在对撞机实验中用于重建带电粒子轨迹的硅探测器需要在稳定的温度下运行，以最大限度地提高信噪比。此外，当受到辐射时，工作温度必须降低到 0°C 以下，以尽量减少辐射对其性能的不利影响。

从 2026 年开始，针对高亮度计划 (HL-HLC) 的 LHC 升级将使碰撞产生的粒子密度增加 10 倍。反过来，这将使探测器中的辐射水平增加一个数量级。

能够应对增加的轨道密度的大型硅探测器将需要一个新的冷却系统，能够从探测器体积中排出高达 300kW 的 ATLAS 和 500kW 的标称功率，同时确保探测器中制冷剂的温度热交换器低至 -43°C。

为实现这一目标，专门为该项目设计了一个新的 CO2 增压制冷系统，它包括一个带有跨临界 R744 设备的两级初级和一个低温二级 CO2 泵送回路。安装在地表的初级制冷子系统向安装在地下 100m 处的 CO2 泵送回路提供 -53°C 的 CO2 并排出交换的热量。

基于机械泵送回路的 CO2 蒸发冷却系统越来越多地用于粒子追踪器，因为它们允许使用更小的管子，同时与其他制冷剂相比具有更有利的热物理特性。

主要系统的第一个原型已安装在 CERN 的实验室中。它设计有两个压缩器切片（模块），每个压缩器每个压缩级有一个压缩器和一个公共单元。正在使用两种不同品牌的压缩机来研究它们的性能和可靠性。冷却器的设计可在 6bar 的吸入压力下处理最大 75kW 的冷却能力。