Suuren hadronitörmäyttimen (LHC) ensimmäisestä säteiden käynnistämisestä vuonna 2008 tuli maailman suurin toimiva tyhjiöjärjestelmä. Se toimii useilla eri painetasoilla ja käyttää vaikuttavaa joukkoa tyhjiötekniikoita.
Kolme-yksi-tyhjiöjärjestelmä
LHC on epätavallinen siinä mielessä, että siinä on kolme erillistä tyhjiöjärjestelmää: yksi sädeputkia varten, yksi kryojäähdytettyjen magneettien eristämiseen ja yksi heliumin jakelujohdon eristämiseen.
Välttääksemme kiihdyttimen sisällä olevien kaasumolekyylien kanssa tapahtuvia törmäyksiä LHC:ssä hiukkassäteiden on kuljettava tyhjiössä, jonka tyhjiö on tyhjyys, joka on yhtä tyhjä kuin tähtienvälinen tila. Kryomagneeteissa ja heliumin jakelulinjassa tyhjiöllä on erilainen tarkoitus. Siellä se toimii lämpöeristeenä vähentääkseen ympäröivästä huoneenlämpöisestä ympäristöstä kryogeenisiin osiin tihkuvan lämmön määrää, jotka pidetään 1,9 K:n (-271,3 °C:n) lämpötilassa.
Maailman suurin tyhjiöjärjestelmä
Maailman suurimpia tyhjiöjärjestelmiä LHC:n tyhjiöjärjestelmä on 104 kilometriä tyhjiössä olevia putkistoja. Eristävä tyhjiö, joka vastaa noin 10-6 mbar:ia, koostuu vaikuttavasta 50 kilometrin putkistosta, jonka yhteenlaskettu tilavuus on 15 000 kuutiometriä, mikä on enemmän kuin tarpeeksi täyttämään katedraalin keskilaivan. Tämän tyhjiöjärjestelmän rakentaminen vaati yli 250 000 hitsausliitosta ja 18 000 tyhjiötiivistettä. Loput 54 kilometriä tyhjiössä olevia putkia ovat sädeputkia, joiden läpi LHC:n kaksi sädettä kulkevat. Paine näissä putkissa on suuruusluokkaa 10-10-10-11 mbar, mikä on lähes yhtä harvinainen tyhjiö kuin Kuun pinnalla vallitseva tyhjiö. LHC:n tyhjiöjärjestelmissä on 170 Bayard-Alpert-ionisaatiomittaria ja 1084 Pirani- ja Penning-mittaria tyhjiöpaineen valvomiseksi.
Tähtienvälistä tyhjiötä ohuempi tyhjiö
Tyhjiöputkissa, joissa hiukkassäteet kulkevat, tarvitaan ultrakorkea tyhjiö. Siihen kuuluu 48 kilometriä kaariosuuksia, jotka pidetään 1,9 K:n lämpötilassa, ja 6 kilometriä suoria osuuksia, jotka pidetään huoneenlämmössä ja joissa sijaitsevat säteiden ohjausjärjestelmät ja kokeiden lisäysalueet.
Kaarissa ultrakorkea tyhjiö ylläpidetään kryogeenisellä pumppauksella, johon pumpataan 9000 kuutiometriä kaasua. Kun sädeputket jäähdytetään äärimmäisen alhaisiin lämpötiloihin, kaasut tiivistyvät ja tarttuvat sädeputken seinämiin adsorptiolla. Tarvitaan vajaat kaksi viikkoa pumppausta, jotta paineet saadaan laskettua alle 1,013 × 10-10 mbar:n (tai 10-13 ilmakehän).
Kahdella tärkeällä rakenteellisella piirteellä ylläpidetään ultrakorkea tyhjiö huoneenlämpöisissä osissa. Ensinnäkin näissä osissa käytetään laajalti CERNissä kehitettyä ja teollistettua höyrystymätöntä ”getteripinnoitetta”, joka absorboi jäännösmolekyylejä kuumennettaessa. Pinnoite koostuu ohuesta titaani-zirkonium-vanadiiniseoksesta valmistetusta vuorauksesta, joka on kerrostettu sädeputkien sisälle. Se toimii hajautettuna pumppujärjestelmänä, joka poistaa tehokkaasti kaikki kaasut metaania ja jalokaasuja lukuun ottamatta. Nämä jäännöskaasut poistetaan 780-ionipumpuilla.
Toisekseen huoneenlämpöiset osastot mahdollistavat kaikkien komponenttien ”paistamisen” 300 °C:ssa. Bakeout on menettely, jossa tyhjiökammioita lämmitetään ulkopuolelta tyhjiön laadun parantamiseksi. Tämä toimenpide on suoritettava säännöllisin väliajoin, jotta tyhjiö pysyy halutun matalana.
Vaikka nämä tekniikat kehitettiin perustutkimusta varten, niille on löytynyt jokapäiväistä käyttöä: ultrakorkeatyhjiötekniikka mahdollisti esimerkiksi aurinkolämpökeräinpaneelien suorituskyvyn merkittävän parantamisen.