Ana CERN vakum sistemleri açıklandı 14 Aralık 2018
Partikül fiziği çalışması, partikül hızlandırıcıları (veya partikül çarpışma cihazları) olarak bilinen makinelerde gerçekleştirilir. Bu makineler, proton parçacıklarını ışık hızına yaklaşan hızlara hızlandırmak, onları ince bir hüzmeye odaklamak ve ardından diğer parçacıklarla çarpışmalarından kaynaklanan maddeyi izlemek için devasa elektromanyetik alanlar kullanır.
Dünyanın en büyük ve en güçlü partikül hızlandırıcısı
Dünyanın en büyük ve en güçlü partikül hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpışması (LHC) 2008 yılında faaliyete başladı ve nükleer araştırmanın uluslararası işbirliği için dünyanın önde gelen merkezi olan CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) tarafından yönetiliyor.
CERN'in başlıca faaliyetlerinden biri, Fransa ve İsviçre'yi sınırlayan bir dizi tünelde bu tür partikül çarpışmalarını gerçekleştirmektir.
Bu tüneller (ve ilgili ekipman ve tesis), protonların kriyojenik olarak soğutulmuş ve süper iletken mıknatıslar kullanılarak dış uzaydakinden daha soğuk sıcaklıklarda tutulan 27 km'lik bir döngü etrafında hızlandırıcılar olduğu tam ölçekli bir nükleer araştırma laboratuvarı görevi görür.
Bu yüksek hızlı proton ışınları, ultra yüksek vakumda bir proton "bulutuna" çarptıkları bir algılama odasına yönlendirilir. Bu çarpışmadan dökülen "egzotik madde" kısa ömürlüdür, ancak yine de çürüme ürünleri bize maddenin oluştuğu atom altı boyutlu yapı taşları ve dolayısıyla evrendeki neredeyse her şeyi oluşturan ve kontrol eden temel fizik hakkında bilgi verebilir.
Yıllar içinde CERN çok sayıda yükseltme yoluyla gelişti. Her evrim önceki aşamaların başarıları üzerine inşa edilmiştir. Önceki hedeflere ulaşıldığından ve bilim insanları atom altı parçacıkların büyüleyici dünyası hakkında daha fazla bilgi edindikçe, her tekrar CERN'in daha iddialı hedeflerini yansıtmaktadır.
CERN öyküsünün en son güncellemesi, partikül ışınları açılı değil, önden çarptığında daha fazla çarpışmanın elde edilebileceği ilkesine dayanan Yüksek Parlaklıklı LHC (HL-LHC)'dir. Bu yön değişikliği, daha fazla partikül çarpışması ve dolayısıyla bilim insanlarının evrenin daha da fazla gizemini çözmesine yardımcı olacak daha fazla veri üretecektir.
LHC saniyede bir milyar proton çarpışmasını yönetebilirken, yükseltilmiş HL-LHC bu sayının yedi katını hedefliyor ve böylece toplanan verilerde on kat artış sağlıyor. Bu, 24 süper iletken dört kutuplu ve dört süper iletken dipole sahip 120 mıknatıstan oluşan yeni bir dizi kullanılarak dolaşan protonların ışınının daha da sıkı bir şekilde odaklanmasıyla sağlanacaktır. Bu yeni mıknatıslar alan kuvvetini 8,1 Tesla'dan 11,5 Tesla'ya çıkarır. Bu çalışmalar en erken 2026 yılına kadar tamamlanacaktır.
LHC, CERN'deki dedektörler ve diğer önemli deneylerle birlikte çalışırken ultra yüksek vakum koşulları gerektirir. Ana CERN vakum sistemleri, güçlü süper iletken mıknatıslar için ışın vakumu ve yalıtım vakumudur.
Deneyler için iyi bir ışın ömrü ve düşük arka plan sağlamak için ışın vakumu ultra yüksek vakum seviyesinde olmalıdır. Hem kriyojenik pompalama (artık gaz moleküllerinin soğuk delik yüzeyinde 1,9 K'da fizyolojik olarak emildiği) hem de buharlaşmayan getter (NEG) pompalama mekanizmaları (artık gaz moleküllerinin kiriş borularının yüzeyinde kimyasal olarak emildiği) kullanılmaktadır.
Sıvı helyum ile 1,9 K'ye (yakl. -271 °C), düşük sıcaklıkları korumak için soğutma sisteminin iyi bir ısı yalıtımına sahip olması gerekir.
LHC'de kullanılan başlıca yüksek ve ultra yüksek vakumlu pompa teknolojileri, yüksek radyasyon ve manyetik alan seviyelerine tolerans gibi belirli çalışma zorluklarıyla başa çıkması gereken iyon pompaları ve turbomoleküler pompalardır.
Bu kadar büyük vakum sistemlerinin güvenilir bir şekilde çalıştırılabilmesi için sızdırmazlığın da sağlanması gerekir. LHC'nin montajı sırasında kaçak tespiti, kaçak dedektörü geliştiricileri ve operatörleri için kesinlikle en büyük zorluktu. Tek bir makinede hiç bu kadar çok bağlantı incelenmedi!
LHC'den HL-LHC'ye yükseltmeler, yeni partikül keşiflerinde %20-30 artışa yol açacak ve 2040 yılına kadar tüm LHC projesinin uygulanabilirliğini sağlayacaktır.
