A sugárnyalábok első beindításával 2008-ban a Nagy Hadronütköztető (LHC) a világ legnagyobb működő vákuumrendszerévé vált. Különböző nyomásszinteken működik, és a vákuumtechnológiák lenyűgöző sokaságát használja.
Három az egyben vákuumrendszer
Az LHC szokatlan módon három külön vákuumrendszerrel rendelkezik: egy a sugárnyalábok csöveihez, egy a kriogénnel hűtött mágnesek szigeteléséhez, és egy a héliumelosztó vezeték szigeteléséhez.
Az LHC részecskesugarainak a gyorsítóban lévő gázmolekulákkal való ütközés elkerülése érdekében olyan üres vákuumban kell haladniuk, mint a csillagközi tér. A kriomágnesekben és a héliumelosztó vezetékben a vákuum más célt szolgál. Itt hőszigetelőként működik, hogy csökkentse a környező szobahőmérsékletű környezetből az 1,9 K (-271,3°C) hőmérsékleten tartott kriogén részekbe beszivárgó hő mennyiségét.
A világ legnagyobb vákuumrendszere
Az LHC vákuumrendszere a világ legnagyobbjai közé tartozik, összesen 104 kilométernyi vákuum alatti csővezetékével. A szigetelő vákuum, amely mintegy 10-6 mbarnak felel meg, lenyűgöző 50 kilométernyi csővezetékből áll, amelyek együttes térfogata 15 000 köbméter, ami több mint elég egy katedrális főhajó kitöltéséhez. A vákuumrendszer kiépítéséhez több mint 250 000 hegesztett kötésre és 18 000 vákuumtömítésre volt szükség. A fennmaradó 54 km vákuum alatt lévő csővezeték a sugárcsövek, amelyeken keresztül az LHC két gerendája halad. Ezekben a csövekben a nyomás 10-10-10-11 mbar nagyságrendű, ami majdnem olyan ritka vákuum, mint a Hold felszínén. Az LHC vákuumrendszerei 170 Bayard-Alpert ionizációs mérővel és 1084 Pirani- és Penning-mérővel vannak felszerelve a vákuumnyomás ellenőrzésére.
A csillagközi űrnél vékonyabb vákuum
A részecskesugarak mozgatására szolgáló csövekhez ultramagas vákuumra van szükség. Ez 48 km hosszú, 1,9 K hőmérsékleten tartott íves szakaszokat és 6 km hosszú, szobahőmérsékleten tartott egyenes szakaszokat foglal magában, ahol a sugárvezérlő rendszerek és a kísérletek beillesztési régiói találhatók.
Az ívekben 9000 köbméter gáz kriogén szivattyúzásával tartják fenn az ultramagas vákuumot. Ahogy a sugárcsöveket rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtik, a gázok kondenzálódnak és adszorpció révén a sugárcső falához tapadnak. Alig két hétnyi szivattyúzás szükséges ahhoz, hogy a nyomás 1,013 × 10-10-10 mbar (vagy 10-13 atmoszféra) alá csökkenjen.
Az ultramagas vákuumot a szobahőmérsékletű szakaszokban két fontos tervezési jellemző tartja fenn. Először is, ezek a szekciók széles körben alkalmaznak egy – a CERN-ben kifejlesztett és iparosított – nem elpárolgó “getterbevonatot”, amely melegítéskor elnyeli a maradék molekulákat. A bevonat egy titán-cirkónium-vanádium ötvözetből készült vékony bélésből áll, amelyet a sugárcsövek belsejében helyeztek el. Ez egy elosztott szivattyúrendszerként működik, amely a metán és a nemesgázok kivételével minden gáz eltávolítására hatékony. Ezeket a maradék gázokat a 780-as ionszivattyúk távolítják el.
Másrészt a szobahőmérsékletű szakaszok lehetővé teszik az összes komponens 300°C-on történő “sütését”. A “bakeout” egy olyan eljárás, amelynek során a vákuumkamrákat kívülről felmelegítik a vákuum minőségének javítása érdekében. Ezt a műveletet rendszeres időközönként el kell végezni, hogy a vákuumot a kívánt alacsony nyomáson tartsák.
Noha ezeket a technológiákat alapkutatásra fejlesztették ki, mindennapi felhasználásra is találtak: az ultramagas vákuumtechnológia lehetővé tette például a napkollektorpanelek teljesítményének jelentős javulását.