CERN Accelerating science

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2008年に初めてビームが始動し、大型ハドロン衝突型加速器(LHC)は世界最大の稼働真空システムとなりました。

A three-in-one vacuum system

LHCは、ビームパイプ用、低温冷却磁石用、ヘリウム分配ライン用の3つの独立した真空システムを持っているという点で変わっています。

加速器内のガス分子との衝突を避けるために、LHCの粒子ビームは星間空間と同じくらい空の真空中で移動しなければなりません。 クライオマグネットとヘリウム分配線では、真空は別の目的を果たす。

世界最大の真空システム

LHCの真空システムは、真空下の配管の合計が104キロメートルと、世界最大級です。 約10-6mbarに相当する絶縁真空は、50kmの配管で構成され、その合計容積は15,000立方メートルと、大聖堂の身廊を満たすのに十分すぎるほどの大きさになっています。 この真空システムの構築には、25万個以上の溶接継手と1万8000個の真空シールが必要でした。 残りの54kmの真空配管はビームパイプで、LHCの2本のビームがこのパイプを通って移動します。 このパイプ内の圧力は10-10~10-11mbarのオーダーで、月面に匹敵するほどの希薄な真空度である。 LHCの真空システムには、170個のベイヤード-アルパート電離計と1084個のピラニ・ペニング計が設置され、真空圧を監視している。

星間空間よりも薄い真空

粒子ビームが通るパイプには超高真空が必要である。 これは1.9Kに保たれた48kmの円弧部分と、室温に保たれた6kmの直線部分で、ビーム制御システムと実験用の挿入領域が配置されている。

円弧部分では、9000立方メートルのガスの低温ポンプによって超高真空が維持されている。 ビームパイプが極低温に冷却されると、ガスは凝縮してビームパイプの壁に吸着する。 圧力を1.013×10-10mbar(または10-13気圧)以下にするには、2週間弱のポンピングが必要である。

室温セクションの超高真空は、2つの重要な設計上の特徴によって維持されている。 まず、CERNで開発され工業化された、加熱すると残留分子を吸収する蒸発しない「ゲッターコーティング」が広く使用されている。 このコーティングは、チタン・ジルコニウム・バナジウム合金の薄いライナーをビームパイプの内側に蒸着したものである。 メタンと希ガスを除くすべてのガスの除去に有効で、分散型ポンピングシステムとして機能する。 これらの残留ガスは780イオンポンプで除去される。

第二に、室温セクションはすべてのコンポーネントを300℃で「ベークアウト」することを可能にした。 ベークアウトとは、真空の質を高めるために真空チェンバーを外側から加熱することである。

これらの技術は基礎研究のために開発されたが、日常的な用途も見いだされた。たとえば超高真空技術によって、太陽熱集熱パネルの性能が大幅に改善された

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