A modern részecskegyorsítók, mint például a CERN Nagy Hadronütköztetője (LHC), lehetővé teszik, hogy a részecskék a fénysebességhez közeli sebességgel és sokkal nagyobb energiasűrűséggel csapjanak egymásba, mint egy csillag szupernóva-robbanása esetén. Némelyikben, köztük az angliai Diamond Light Source elektrontároló gyűrűjében, több millió kilométeren át köröznek az elektronok a fénysebességhez közel, így az elektronok fényes röntgensugárzást bocsátanak ki tudományos kísérletekhez. Ezek nyilvánvalóan meglehetősen szélsőséges körülmények, és nem kívánatos, hogy bármilyen véletlenszerű gázmolekula a száguldó részecskék útjába álljon. Itt jön a képbe az Ultra-High-Vacuum (UHV). Az UHV egy divatos elnevezése annak, hogy „a legüresebb üresség, amit elérhetünk”. Meglepően nagy kihívást jelent e feladat – ebben a terület mérnökei és kutatói egyetértenek.
A részecskegyorsítókban a tipikus UHV szint 10-10 mbar. Mennyire üres ez? 10-10 mbar nyomáson 1 gázmolekula van egy nagyon finom homokszemnek (SSG-térfogat) megfelelő térfogatban. Ez egy olyan vákuum, amely majdnem olyan ritka, mint a Hold felszínén található. Ezzel szemben a levegőben, amit most belélegzünk egy SSG térfogatban 10 000 000 000 000 gázmolekula található.
Ez nemcsak mennyiségi, hanem minőségi különbség is. Légköri nyomáson a gázmolekulák folyamatosan egymásnak ütköznek, és az átlagos szabad úthossz mindössze körülbelül 0,1 µm az egyes ütközések között. 10-10 mbar nyomáson körülbelül 1000 km átlagos szabad úthosszal a gázmolekulák magányosan utaznak az egyik vákuumfaltól a másikig.
UHV mérnökként a vákuum belsejében lévő anyagok gázkibocsátása állandó kihívás. Nézzük meg egy részecskegyorsító részecskenyaláb csövét, amelynek belső átmérője 50 mm. Ha a cső ausztenites rozsdamentes acélból készül, akkor a cső 10 órás szivattyúzás után másodpercenként körülbelül 1000 gázmolekulát bocsát ki SSG térfogatonként. Ha a belső csövet teljesen szilikonnal burkolták (nem ajánlott), 10 óra szivattyúzás után 10 000-szer annyi gázt bocsát ki, azaz 10 000 000 gázmolekulát másodpercenként SSG térfogatonként. Ne feledjük, hogy SSG térfogatonként csak 1 gázmolekula tolerálható. Ez része az UHV kihívásának. Erős vákuumszivattyúkra van szükség. Szükség van a megfelelő anyagokra is. A részecskegyorsítókban további kihívást jelent a sugárzás. Egy nagy energiájú részecske eltalálhatja az anyagot, károsíthatja azt, és beszennyezheti a vákuumot az anyag egyes atomjaival. Sugárzó környezetben, ha nem akarunk klór- vagy fluoratomot a készülékben, nem használhatunk közönséges halogéntartalmú polimereket, például PTFE-t.
Az Allectra mérnökei ezekkkel a kihívásokkal szeretnek megszállottan foglalkozni. 2018-ban az Allectra bemutatta a KAP301-et, egy sugárzásálló, UHV-kompatibilis vezetéket optimalizált Kapton szigeteléssel. A szigetelőfólia kiváló gázelvezető tulajdonságokkal rendelkezik, és csak H, C, N és O atomokból áll. Kifejezetten részecskegyorsítókban és más, magas sugárzási szinttel rendelkező alkalmazásokban való használatra készült.
Akár elemi részecskék kutatásáról, akár a következő ipari áttörésről legyen szó, mindenképpen hasznos megtekinteni az Allectra UHV alkatrészeinek széles választékát.
(Forrás: Allectra)
