Vakum dünyanın en büyük ve en güçlü partikül çarpışma aletini nasıl etkiler 19 Ekim 2020
3 MIN READ
Franko-İsviçre sınırının derinliklerinde devasa bir metal ve mıknatıs halkası bulunuyor: dünyanın en büyük ve en güçlü partikül çarpışma aracı olan Büyük Hadron Çarpışması (LHC).
CERN'de (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire - Nükleer Araştırma Konseyi) yeraltında 100 metre uzunluğunda bulunan LHC, 27 kilometre uzunluğundaki süper iletken mıknatıslardan oluşur. Çarpışma cihazının hızlandırıcısı, son derece yüksek enerjili iki parçacık ışınının birbirine çarpmadan önce ışık hızına yakın hızlarda zıt yönlerde hareket etmesine olanak tanır.
Büyük hadron çarpıştırıcının içindeki vakum
Başarılı ve güçlü bir çarpışma, LHC çalışırken ultra yüksek vakum seviyelerinin korunmasını gerektirir. Aşağıda, çarpıştırıcıda kullanılan birincil vakum sistemlerine genel bir bakış verilmiştir.
Işın vakumu
Çarpışma, her partikülün kendi tüpünde olduğu, zıt yönlerde yüksek hızlarda "ışınlanan" iki partikülü içerir. Işının süresini en üst düzeye çıkarmak ve deneyler için düşük basıncı korumak için bu iki tüpün çok yüksek vakum seviyelerinde tutulması gerekir. Bu, ışın vakumu olarak adlandırılan yöntemle gerçekleştirilir.
Bunu başarmak için iki pompalama mekanizması kullanılır:
- Kriyojenik pompalama: artık gaz molekülleri 1,9 K sıcaklıkta soğuk delik yüzeyine fiziksel olarak adsorbe edilir
- Buharlaşmayan getter (NEG) pompalama: artık gaz molekülleri kiriş borularının yüzeyine kimyasal olarak adsorbe edilir
Yalıtım vakumu
LHC'nin süper iletken mıknatısları sıvı helyum ile 1,9 K'lık bir sıcaklığa (yakl. -271 °C). LHC, mıknatısları termik olarak yalıtmak ve böylece başarılı bir çarpışma için gereken son derece düşük sıcaklıkları korumak için güçlü bir vakum kullanır.
Büyük hadron çarpışması içindeki pompalar
Çarpışma içinde kullanılan birincil pompa teknolojileri şunlardır:
İyon pompaları
İyon pompası, metal bir getter püskürterek çalışan bir vakum pompası türüdür.
Turbomoleküler pompalar
Turbomoleküler pompalar, gaz moleküllerinin istenen yönde momentum elde etmek için hareketli bir katı yüzeyle tekrarlanan çarpışmalara maruz kalması prensibine göre çalışır.
Her iki pompa sistemi de yüksek radyasyon ve manyetik alan seviyelerine dayanabilmelidir.
Potansiyel bakım zorlukları
LHC'nin montajı sırasında karşılaşılan önemli bir zorluk sızıntı tespitiydi: Büyük vakum sistemlerinin güvenilir bir şekilde çalıştırılması için sızdırmazlık sağlanması gerekiyordu.
Bir sızıntı, taban basıncının gerekli seviyelerin üzerine çıkmasına veya altına düşmesine neden olabilir, bu da önemli ve maliyetli yeniden çalışma ihtiyacına yol açar.
Gelecekteki yükseltmeler ve yüksek parlaklıklı büyük hadron çarpışma aracı
LHC şu anda yükseltiliyor ve halefi High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) olarak bilinecek. Yükseltmeler Haziran 2018'de başladı ve 2027'de tamamlanması planlanıyor. Değişikliklerin, yeni partiküllerin keşif aralığını mevcut LHC'ye kıyasla yaklaşık %20-30 artırması ve ayrıca LHC'nin kullanım ömrünü 2040'a kadar uzatması bekleniyor.
