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Allectra
現(xiàn)代粒子加速器,例如位于歐洲核子研究中心(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(Large Hadron Collider, LHC),能夠使粒子在接近光速并以遠(yuǎn)高于超新星爆炸的能量密度條件下相互碰撞。一些加速器,比如英國(guó)鉆石光源(Diamond Light Source)的電子儲(chǔ)存環(huán),可以讓電子以接近光速的速度進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)繞行數(shù)百萬(wàn)公里,使電子發(fā)射出明亮的X射線輻射,用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。顯然,這些裝置都需要極端的條件,實(shí)驗(yàn)人員絕不希望有任何隨機(jī)的氣體分子阻礙加速粒子的運(yùn)動(dòng)。超高真空(UHV)是目前能夠?qū)崿F(xiàn)的*高真空度,而對(duì)該領(lǐng)域的工程師和研究人員來(lái)說(shuō),這是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
粒子加速器中典型的UHV真空度為10-10 mbar,如何理解這一真空度?在10-10 mbar條件下,相當(dāng)于在一個(gè)沙粒(Small Sand Grain, SSG)體積的空間內(nèi),包含1個(gè)氣體分子,這幾乎是月球表面稀薄程度的真空度。相比之下,我們呼吸的空氣相當(dāng)于在同樣體積的空間中包含10萬(wàn)億個(gè)氣體分子。
這不僅是一個(gè)巨大的量的差異,更是一個(gè)質(zhì)的差異。在大氣壓下,氣體分子不斷相互碰撞,每次碰撞之間的平均自由程只有約0.1 μm。而在10-10 mbar下,氣體分子的平均自由程約為1000公里 ,氣體分子可以真空壁之間自由游走,有時(shí)會(huì)進(jìn)入真空泵中。
真空中材料的放氣現(xiàn)象一直是實(shí)現(xiàn)超高真空技術(shù)的一大阻礙。讓我們考慮一個(gè)內(nèi)徑為50 mm的粒子加速器束管,如果該束管由奧氏體不銹鋼制成,在未進(jìn)行烘烤處理的情況下,用真空泵抽氣10小時(shí)后,每SSG體積將釋放約1000個(gè)氣體分子。而如果該束管內(nèi)壁完全覆蓋硅脂(不推薦),其放氣量將增加1萬(wàn)倍,即每SSG體積將釋放10,000,000個(gè)氣體分子。請(qǐng)注意,UHV要求每SSG體積空間內(nèi)僅有1個(gè)氣體分子。這就是實(shí)現(xiàn)UHV面臨的挑戰(zhàn)之一,既需要使用強(qiáng)大的真空泵,也需要選擇合適的材料。在粒子加速器中,同時(shí)還面臨輻射的影響。高能粒子可能會(huì)撞擊并損壞材料,產(chǎn)生部分原子污染真空環(huán)境。在輻射環(huán)境中,如要避免氯和氟原子污染,就不能使用常見的含鹵素聚合物,如PTFE。
2018年,Allectra推出KAP301,這是一款使用優(yōu)化Kapton絕緣層的耐輻射、兼容UHV的線纜。其絕緣膜具有優(yōu)異的釋氣性能,且僅由H、C、N、O原子組成。KAP301專為粒子加速器及其它高輻射環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì),復(fù)制下方鏈接可以閱讀更多關(guān)于KAP301信息及其在鉆石光源進(jìn)行的相關(guān)測(cè)試。
https://www.allectra.com/product-development-allectra/#radiation-resistant-kapton
https://www.allectra.com/news/diamond-light-source-test-kap301-series/
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