Um vácuo vazio como o espaço interestelar

Com a primeira start-up de vigas em 2008, o Large Hadron Collider (LHC) tornou-se o maior sistema de vácuo operacional no mundo. Ela opera em uma variedade de níveis de pressão e usa uma impressionante variedade de tecnologias de vácuo.

Um sistema de vácuo de três-em-um

O LHC é incomum, pois tem três sistemas de vácuo separadas: uma para os tubos de feixe, um para isolar o criogenicamente resfriado ímãs e um para isolamento da linha de distribuição de hélio.

Para evitar a colisão com as moléculas de gás dentro do acelerador, os feixes de partículas no LHC deve viajar em um vácuo tão vazio quanto espaço interestelar. Nos cryomagnets e da linha de distribuição de hélio, o vácuo serve a um propósito diferente. Aqui, ela age como um isolador térmico, para reduzir a quantidade de calor que escoa a partir do ambiente à temperatura ambiente circundante para as partes criogénicos que são mantidos na em 1,9 K (-271,3 ° C).

O maior sistema de vácuo do mundo

Com um total de 104 quilômetros de tubulação sob vácuo, o sistema de vácuo do LHC está entre os maiores do mundo. O vácuo de isolamento, o equivalente a cerca de 10 -6 mbar, é composta por um impressionante 50 km de tubulação, com um volume combinado de 15.000 metros cúbicos, mais do que suficiente para encher a nave de uma catedral. Construir este sistema de vácuo necessário mais de 250.000 juntas soldadas e 18.000 selos de vácuo. Os restantes 54 km de tubos a vácuo são os tubos de feixe, através do qual dois feixes do LHC viajam. A pressão nestes tubos é da ordem de 10 -10 a 10 -11 mbar, um vácuo quase tão rarefeita como a encontrada na superfície da Lua. Sistemas de vácuo do LHC estão equipados com 170 Bayard-Alpert medidores de ionização e 1084 Pirani e Penning medidores para monitorar a pressão de vácuo.

A mais fino do que o vazio vácuo interestelar

Ultra-alto vácuo é necessária para os tubos em que feixes de partículas viajam. Isso inclui 48 km de seções de arco, mantida em 1,9 K, e 6 km de trechos retos, mantido à temperatura ambiente, onde os sistemas de controle de feixe e as regiões de inserção para os experimentos estão localizados.

Nos arcos, os ultra-alto vácuo é mantido por meio duma bomba criogénica de 9000 metros cúbicos de gás. Como os tubos de feixe são arrefecidos a temperaturas extremamente baixas, os gases condensam e aderir às paredes do tubo de feixe por adsorção. Pouco menos de duas semanas de bombeamento são obrigados a trazer as pressões abaixo 1,013 × 10 -10 mbar (ou 10 -13 atmosferas).

Duas características de design importantes manter o vácuo ultra-alto nas secções a temperatura ambiente. Em primeiro lugar, estas seções fazer uso generalizado de um não-evaporável "revestimento getter" - desenvolvido e industrializado no CERN - que absorve moléculas residuais quando aquecido. O revestimento é constituído por um revestimento fino de uma liga de titânio-zircónio-vanádio depositada no interior dos tubos do feixe. Actua como um sistema de bombeamento de distribuição, eficaz para remover todos os gases, com excepção do metano e os gases nobres. Estes gases residuais são removidos pelas bombas de íons 780.

Em segundo lugar, as seções a temperatura ambiente permitir "bakeout" de todos os componentes a 300 ° C. Bakeout é um procedimento em que as câmaras de vácuo são aquecidos a partir do exterior, a fim de melhorar a qualidade do vácuo. Esta operação tem de ser realizada em intervalos regulares para manter o vácuo na baixa pressão desejada.

Embora estas tecnologias foram desenvolvidas para a investigação fundamental, eles têm encontrado usos cotidianos: tecnologia de ultra-alto vácuo possibilitou uma melhoria significativa no desempenho de painéis de colectores térmicos solares, por exemplo.