De bundelpijp van een ‘opslagring’ als de LHC versneller van CERN moet aan hoge vacuümeisen voldoen. De rondcirkelende protonbundels blijven ‘opgeslagen’ gedurende pakweg 10 uur en draaien elke seconde zo’n 11.000 rondjes van 27 km. De residuele gasdruk moet dus erg laag zijn (‘beter dan op de maan’), anders zou de protonbundel door botsingen met de gasmoleculen snel verloren gaan.
De bundelpijp van de LHC loopt voor een groot deel van de omtrek door supergeleidende
magneten die tot lager dan 2700 onder nul worden afgekoeld. Daar is het relatief
eenvoudig om een goed vacuüm te handhaven: restgas vriest eenvoudigweg vast aan de wand. Maar er zijn ook lange, rechte stukken rond de experimentele opstellingen waar de bundelpijp niet door magneten omgeven en ‘warm’ is. Om daar goede vacuümcondities
te handhaven zijn extra maatregelen nodig. En die extra maatregelen zijn mogelijk dank
zij een technologische innovatie. De bundelpijp wordt van de binnenkant bedekt met een
dun laagje materiaal, een ‘coating’ van TiZrV (titanium, zirconium, vanadium). Na
verhitting tot 1800 (eenmalig) wordt dit materiaal geactiveerd als ‘getter’: een molecuul dat er
tegenaan botst wordt geadsorbeerd. Deze ‘coating’ verbetert en handhaaft het vacuüm op deze manier aanzienlijk. Voor de LHC niet alleen aanzienlijk maar ook essentieel: de in totaal 5 km lange ‘warme’ bundelpijp zou anders niet op het gewenste vacuüm te brengen zijn. Toen de LHC ontworpen werd waren ‘getter’ materialen al bekend, maar twee wezenlijke innovaties maakten toepassing ervan in de warme bundelpijp mogelijk. Het materiaal (TiZrV) kon opgebracht worden dank zij ‘sputter’ technieken die eerder en voor andere toepassingen (supergeleidende radio-frequente trilholtes voor de LEP-versneller) ontwikkeld waren en, de tweede innovatie, de nieuw gevonden coating hoefde maar tot 1800 en niet tot de gebruikelijke 6000 verhit te worden.
De onderzoeker die deze vondsten deed is Cristoforo Benvenuti. Hij bedacht ook een toepassing buiten de versnellertechniek. Een even eenvoudige als adembenemende. Vacuüm is een ideale isolator. Dus hij stelde zich een doorzichtig doosje voor, vacuüm, met daarin ‘zwevend’ een zwart plaatje. Straling (licht) die op dat plaatje invalt zal het verwarmen, omdat de straling door het zwarte plaatje geabsorbeerd wordt. (Dat is de definitie van zwart...) En vervolgens kan het plaatje die warmte niet afgeven, omdat het zich in vacuüm bevindt. Het wordt dus steeds warmer. Het wordt heet. Het vacuüm in de doosjes wordt gehandhaafd dank zij de fameuze nieuwe coating. De ‘levensduur’ ervan is 25 jaar!
Met deze technologie heeft een Spaans bedrijf nu een grote zonnepaneel-installatie gebouwd die geplaatst wordt op het dak van de gebouwen van het vliegveld van Genève, groot genoeg om dit te verwarmen in de winter en te koelen in de zomer. Een prachtige ‘demonstrator’. Een mooi voorbeeld van onverwachte ‘transfer’ van technologie die werd ontwikkeld ten behoeve van fundamenteel onderzoek naar een toepassing met potentieel grote economische en maatschappelijke waarde. Een toepassing die naar alle waarschijnlijkheid nooit was gevonden zonder de nieuwsgierigheid naar het gedrag van elementaire deeltjes...
Jos Engelen
14 maart 2012
Geen opmerkingen:
Een reactie posten