追寻希格斯玻色子(上帝粒子)—— 全球最大的真空系统依赖于普发真空提供的真空解决方案

2018-02-06 09:44  下载量:4

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粒子加速器运行的一个重要因素是可靠且强大的真空系统。而像LHC这样非同寻常的机器对内置真空技术有着非常特殊的要求。极小误差可能导致整个加速器停止运行数小时。因此,整套真空系统必须是非常可靠的。此外,加速器中使用的所有设备必须能够承受高达1,000 Gy/a的辐射水平。而进行这些复杂测量的设备不能离开加速器的辐射区。因此,能在现场进行设备维护显得至关重要。 为满足这些高要求,普发真空与CERN合作,对真空获得、真空测量和真空分析研发并实践了一套定制的真空解决方案。 真空获得 LHC分两种真空系统: 电子束真空和隔离真空。两种应用中都用到了普发真空的涡轮分子泵。这些泵经改进后都可以满足LHC的特殊要求。为了能在辐射环境中运行,泵体中都不能使用电子元件。要满足这些要求,普发真空研发了无传感器驱动概念,实现了泵的机械部件与电子部件的隔离。采用这一概念,电子部件可以放置在离真空泵1,000 m以外的地方,并定位在一个保护区域内。 真空测量 普发真空专门研发了特殊的测量设备,用来测量获得的真空。这些使用的设备是改进的皮拉尼和冷阴极真空计。它们用来长期监测加速器内的压力,并确保当压力增加时可以采取适当的行动。由于真空计同样暴露于高水平辐射中,它们被制造成无源传感器,没有集成的电子设备。所有电子设备都被安置在一个辐射安全区域内,并且经由长电缆连接至无源传感器。这些电缆通过精确的指令与CERN密切连接。这使冷阴极真空计可以测量达10-11 hPa的压力。通过一种特殊的点火过程,冷阴极真空计即使在压力非常低的情况下,也可以轻易打开。由于加速器的寿命约为30到40年,因此,只有采用寿命长的电子元件。 氦检漏 对LHC要求的超高真空压力,加速器使用的部件必须确保极低的漏率。因此,在安装部件之前,必须进行全方位的检漏。针对检漏,CERN采用了ASM系列检漏仪。使用这些设备,即使是细微到的10-13 Pa·m3/s 的泄漏也可以有效地被检测出来。 真空分析 除压力外,残余气体的组成也是加速器正常运行的一个重要因素。使用残余气体光谱仪,可以得出加速器内使用材料脱气相关的结论。为获得残余气体光谱,CERN采用了普发真空的质谱仪。对于超高真空中的残余气体测量,质谱仪分析仪本身具有较低的脱气率是非常重要的。除了真空退火离子源外,CERN使用的普发分析仪也拥有真空退火棒系统。使用这一方法,分析仪将产生一个极低的背景信号,尤其方便记录加速器内实际残余气体的比例。

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