สุญญากาศส่งผลกระทบต่อเครื่องชนอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดในโลกอย่างไร 19 ตุลาคม 2020
3 MIN READ
แหวนโลหะและแม่เหล็กขนาดใหญ่ตั้งอยู่ใต้พรมแดนฝรั่งเศส-สวิตเซอร์แลนด์: Large Hadron Collider (LHC) ซึ่งเป็นเครื่องชนอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดในโลก
ที่อยู่ใต้ดิน 100 เมตรที่ CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) LHC ประกอบด้วยวงแหวนแม่เหล็กซุปเปอร์คอนดักเตอร์ยาว 27 กิโลเมตร คันเร่งของเครื่องชนปะทะช่วยให้ลําแสงอนุภาคพลังงานสูงมากสองลําเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามด้วยความเร็วใกล้เคียงกับแสงก่อนที่จะชนกัน
สุญญากาศภายในเครื่องชนแฮเวอร์รอนขนาดใหญ่
การชนกันที่ประสบความสําเร็จและทรงพลังจําเป็นต้องรักษาระดับสุญญากาศที่สูงเป็นพิเศษในขณะที่ LHC ทํางานอยู่ ต่อไปนี้คือภาพรวมของระบบสุญญากาศหลักที่ใช้ในเครื่องชน
ระบบสุญญากาศ
การชนปะทะเกี่ยวข้องกับอนุภาคสองชิ้นที่ "ถูกฉายรังสี" ที่ความเร็วสูงในทิศทางตรงกันข้าม โดยอนุภาคแต่ละชิ้นอยู่ในหลอดของตัวเอง หลอดทั้งสองหลอดนี้ต้องได้รับการรักษาไว้ที่ระดับสุญญากาศที่สูงมากเพื่อเพิ่มระยะเวลาของลําแสงให้สูงสุดและรักษาแรงดันต่ําสําหรับการทดลอง ซึ่งทําได้ด้วยสิ่งที่เรียกว่าสุญญากาศลําแสง
กลไกการปั๊มสองแบบใช้เพื่อบรรลุเป้าหมายนี้:
- การปั๊มแบบเย็น: โมเลกุลก๊าซที่ตกค้างจะถูกดูดซับทางกายภาพเข้าสู่พื้นผิวรูเย็นที่อุณหภูมิ 1.9 K
- การปั๊มแบบไม่ระเหย (NEG): โมเลกุลก๊าซที่ตกค้างจะถูกดูดซับทางเคมีบนพื้นผิวของท่อคาน
ฉนวนสุญญากาศ
แม่เหล็กซูเปอร์คอนดักเตอร์ของ LHC ถูกทําให้เย็นลงด้วยฮีเลียมเหลวจนถึงอุณหภูมิ 1.9 K (ประมาณ -271 °C) LHC ใช้สุญญากาศที่ทรงพลังเพื่อฉนวนแม่เหล็กและรักษาอุณหภูมิที่ต่ํามากที่จําเป็นสําหรับการชนที่ประสบความสําเร็จ
ปั๊มภายในเครื่องปะทะฮาเดรนขนาดใหญ่
เทคโนโลยีปั๊มหลักที่ใช้ภายในเครื่องชนกันคือ:
ปั๊มไอออน
ปั๊มไอออนเป็นปั๊มสุญญากาศประเภทหนึ่งที่ทํางานโดยการสปัตเตอร์ตัวรับโลหะ
ปั๊มเทอร์โบโมเลกุล
ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลทํางานตามหลักการที่โมเลกุลก๊าซสามารถเกิดการชนซ้ําๆ กับพื้นผิวของแข็งที่เคลื่อนที่เพื่อให้ได้แรงบิดในทิศทางที่ต้องการ
ระบบปั๊มทั้งสองต้องมีความสามารถในการทนต่อรังสีและสนามแม่เหล็กระดับสูง
ความท้าทายในการบํารุงรักษาที่อาจเกิดขึ้น
ความท้าทายสําคัญที่ต้องเผชิญในขณะประกอบ LHC คือการตรวจจับการรั่วไหล: ต้องแน่ใจถึงความแน่นหนาในการรั่วไหลเพื่อให้ระบบสุญญากาศขนาดใหญ่ทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือ
การรั่วไหลอาจทําให้แรงดันฐานเพิ่มขึ้นหรือลดลงต่ํากว่าระดับที่กําหนด ส่งผลให้จําเป็นต้องทํางานซ้ําจํานวนมากและมีค่าใช้จ่ายสูง
การอัปเกรดในอนาคตและการชนกันของฮาเดรนขนาดใหญ่ที่มีความสว่างสูง
ปัจจุบัน LHC กําลังได้รับการอัปเกรดและรุ่นที่ตามมาจะเรียกว่า High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) การอัปเกรดเริ่มต้นในเดือนมิถุนายน 2018 และจะเสร็จสิ้นในปี 2027 การเปลี่ยนแปลงนี้คาดว่าจะเพิ่มช่วงการค้นพบอนุภาคใหม่ประมาณ 20-30% เหนือกว่า LHC ปัจจุบัน และยังขยายอายุการใช้งานของ LHC จนถึงปี 2040
