S prvním spuštěním svazků v roce 2008 se Velký hadronový urychlovač (LHC) stal největším provozním vakuovým systémem na světě. Pracuje při různých úrovních tlaku a využívá působivou řadu vakuových technologií.
Vakuový systém tři v jednom
LHC je neobvyklý tím, že má tři samostatné vakuové systémy: jeden pro trubky svazku, druhý pro izolaci kryogenně chlazených magnetů a třetí pro izolaci rozvodu helia.
Aby se zabránilo srážkám s molekulami plynu uvnitř urychlovače, musí se svazky částic v LHC pohybovat ve vakuu, které je stejně prázdné jako mezihvězdný prostor. V kryomagnetech a heliové distribuční linii slouží vakuum k jinému účelu. Zde funguje jako tepelný izolátor, aby se snížilo množství tepla, které proniká z okolního prostředí o pokojové teplotě do kryogenních částí, které jsou udržovány při teplotě 1,9 K (-271,3 °C).
Největší vakuový systém na světě
S celkem 104 kilometry potrubí ve vakuu patří vakuový systém LHC k největším na světě. Izolační vakuum, které odpovídá přibližně 10-6 mbar, tvoří úctyhodných 50 km potrubí o celkovém objemu 15 000 metrů krychlových, což je více než dost na zaplnění lodi katedrály. Vybudování tohoto vakuového systému si vyžádalo více než 250 000 svařovaných spojů a 18 000 vakuových těsnění. Zbývajících 54 km potrubí ve vakuu tvoří paprskové potrubí, kterým se pohybují dva paprsky LHC. Tlak v těchto trubkách se pohybuje v řádu 10-10 až 10-11 mbar, což je vakuum téměř stejně řídké jako na povrchu Měsíce. Vakuové systémy urychlovače LHC jsou vybaveny 170 Bayardovými-Alpertovými ionizačními měřiči a 1084 Piraniho a Penningovými měřiči, které monitorují tlak ve vakuu.
Vakuum řidší než mezihvězdná prázdnota
V potrubí, v němž se pohybují svazky částic, je zapotřebí mimořádně vysoké vakuum. To zahrnuje 48 km obloukových úseků, udržovaných při teplotě 1,9 K, a 6 km přímých úseků, udržovaných při pokojové teplotě, kde jsou umístěny systémy pro řízení svazků a zaváděcí oblasti pro experimenty.
V obloucích je ultravysoké vakuum udržováno kryogenním čerpáním 9000 metrů krychlových plynu. Při ochlazování svazkových trubic na extrémně nízké teploty dochází ke kondenzaci plynů, které adsorpcí ulpívají na stěnách svazkové trubice. Ke snížení tlaku pod 1,013 × 10-10 mbar (neboli 10-13 atmosfér) jsou zapotřebí necelé dva týdny čerpání.
Dva důležité konstrukční prvky udržují ultravysoké vakuum v sekcích s pokojovou teplotou. Zaprvé, tyto sekce široce využívají neodpařitelný „getrový povlak“ – vyvinutý a průmyslově využívaný v CERN – který při zahřátí absorbuje zbytkové molekuly. Povlak se skládá z tenké vrstvy slitiny titanu, zirkonia a vanadu nanesené uvnitř svazkových trubek. Funguje jako distribuovaný čerpací systém, který účinně odstraňuje všechny plyny kromě metanu a vzácných plynů. Tyto zbytkové plyny jsou odstraňovány iontovými čerpadly 780.
Druhé, sekce s pokojovou teplotou umožňují „vypalování“ všech komponent při teplotě 300 °C. Bakeout je postup, při kterém se vakuové komory ohřívají zvenčí, aby se zlepšila kvalita vakua. Tuto operaci je třeba provádět v pravidelných intervalech, aby se vakuum udrželo na požadovaném nízkém tlaku.
Ačkoli byly tyto technologie vyvinuty pro základní výzkum, našly každodenní využití: technologie ultravysokého vakua umožnila například výrazné zlepšení výkonu solárních tepelných kolektorů.
.