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Com a primeira partida das vigas em 2008, o Large Hadron Collider (LHC) se tornou o maior sistema operacional de vácuo do mundo. Opera em vários níveis de pressão e utiliza uma impressionante variedade de tecnologias de vácuo.
Um sistema de vácuo três em um
O LHC é incomum, pois possui três sistemas de vácuo separados: um para os tubos de feixe, um para isolar os ímãs resfriados criogênicamente e outro para isolar a linha de distribuição de hélio.
Para evitar colisões com moléculas de gás dentro do acelerador, os feixes de partículas no LHC devem viajar no vácuo tão vazio quanto o espaço interestelar. Nos criomagnetos e na linha de distribuição de hélio, o vácuo serve a um propósito diferente. Aqui, ele atua como um isolador térmico, para reduzir a quantidade de calor que penetra do ambiente circundante à temperatura ambiente para as partes criogênicas que são mantidas a 1,9 K (-271,3 ° C).
O maior sistema de vácuo do mundo
Com um total de 104 quilômetros de tubulação sob vácuo, o sistema de vácuo do LHC está entre os maiores do mundo. O vácuo isolante, equivalente a cerca de 10 a 6 mbar, é constituído por impressionantes 50 km de tubulação, com um volume combinado de 15.000 metros cúbicos, mais que o suficiente para encher a nave de uma catedral. A construção desse sistema de vácuo exigiu mais de 250.000 juntas soldadas e 18.000 vedantes a vácuo. Os 54 km restantes de tubos sob vácuo são os tubos dos feixes, através dos quais os dois feixes do LHC viajam. A pressão nesses tubos é da ordem de 10 -10 a 10 -11mbar, um vácuo quase tão rarefeito quanto o encontrado na superfície da lua. Os sistemas de vácuo do LHC estão equipados com 170 medidores de ionização Bayard-Alpert e 1084 medidores Pirani e Penning para monitorar a pressão do vácuo.
Um vácuo mais fino que o vazio interestelar
Um vácuo ultra-alto é necessário para os tubos nos quais os feixes de partículas viajam. Isso inclui 48 km de seções de arco, mantidas a 1,9 K e 6 km de seções retas, mantidas à temperatura ambiente, onde estão localizados os sistemas de controle de feixes e as regiões de inserção para os experimentos.
Nos arcos, o vácuo ultra-alto é mantido por bombeamento criogênico de 9000 metros cúbicos de gás. Como os tubos do feixe são resfriados a temperaturas extremamente baixas, os gases se condensam e aderem às paredes do tubo por adsorção. São necessárias menos de duas semanas de bombeamento para reduzir as pressões abaixo de 1,013 × 10 -10 mbar (ou 10 -13 atmosferas).
Duas importantes características do projeto mantêm o vácuo ultra-alto nas seções de temperatura ambiente. Em primeiro lugar, essas seções fazem uso generalizado de um "revestimento getter" não evaporável - desenvolvido e industrializado no CERN - que absorve as moléculas residuais quando aquecidas. O revestimento consiste em um revestimento fino de liga de titânio-zircônio-vanádio depositada dentro dos tubos de viga. Ele atua como um sistema de bombeamento distribuído, eficaz para remover todos os gases, exceto o metano e os gases nobres. Esses gases residuais são removidos pelas bombas de íons 780.
Em segundo lugar, as seções de temperatura ambiente permitem a "assadura" de todos os componentes a 300 ° C. Bakeout é um procedimento no qual as câmaras de vácuo são aquecidas do lado de fora, a fim de melhorar a qualidade do vácuo. Esta operação precisa ser realizada em intervalos regulares para manter o vácuo na baixa pressão desejada.
Embora essas tecnologias tenham sido desenvolvidas para pesquisas fundamentais, elas encontraram usos cotidianos: a tecnologia de vácuo ultra-alto possibilitou uma grande melhoria no desempenho dos painéis coletores solares térmicos, por exemplo.
Fonte: CERN
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Hélio R.M. Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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