Новая вакуумная техника

Появление накопительных колец потребовало корен­ного изменения вакуумной техники, поскольку в них нуж­но обеспечить условия, при которых ускоренные частицы соударялись бы действительно друг с другом, а не с мо­лекулами остаточного газа, заполняющего вакуумную камеру. Напомним, что в обычных ускорителях частицы проводят около секунды. При этом, оказывается, доста­точно иметь в вакуумной камере вакуум порядка 10″° мм рт. ст. (т. е. 10~9 атмосферного давления). Как уже гово­рилось, в накопительных кольцах частицы проводят мно­гие часы. Поэтому разрежение должно быть, грубо гово­ря, на четыре порядка более глубоким. На участках, где пучки сталкиваются и где установлена измерительная аппаратура, соударения с молекулами остаточного газа особенно опасны, поскольку они приводят к регистрации ложных событий, В Этих местам вакуум стремятся делать еще лучше.

Итак, создание накопительных колец возможно лишь в том случае, если вакуум в камере может быть улучшен до 10-10-10-11 мм рт, ст. В протонных накопительных кольцах ISR (кольца, расположенные в Европейском центре ядерных исследований около Женевы и предназна­ченные для соударения протонов с протонами и антипро­тонами при энергии около 30 ГэВ) средний вакуум со­ставляет сейчас 10-11 мм рт. ст., а в местах пересечения — даже 10-13 мм рт. ст. Эта задача — продвижение на целых пять порядков величины! — была решена неожиданно просто (обычно продвижение даже на один порядок величи­ны требует 10—20 лет упорного труда). По-видимому, это объясняется тем, что до появления накопительных колец действительно хороший вакуум никому не был особенно нужен…

Проблема высокого вакуума включает в себя, на самом деле, три проблемы — проблему насосов, проблему течей и проблему газоотделения стенок. Остановимся па них вкратце.

Газоотделение стенок при сверхвысоком вакууме до­ставляет массу хлопот. Стенки адсорбируют фантастиче­ское количество разных газов и очень медленно их отда­ют при откачке. Газоотделение стенок резко убыстряется даже при небольшом нагреве. Долгое время количе­ство протонов, которое удавалось накапливать в ускори­тельных кольцах ISR в ЦЕРНе, непонятным образом ограничивалось. При увеличении их числа давление в камере неожиданно возрастало и пучок терялся. Потери пучка всегда возникали при одном и том же количество накопленных частиц. Явление это повторялось так регу­лярно, что получило название «кирпичной стены». Ко­личество накопленных частиц можно увеличивать до те^с пор, пока их ток не составит 20 ампер, а дальше нельзя, дальше — «кирпичная стена».

Как оказалось, все дело было в газоотделении стенок вакуумной камеры. При некотором количестве накоплен­ных частиц неизбежные их потери начинали вызывать заметный

Страница 1 of 212