大型强子对撞机(LHC)的周长为26.659公里,是目前全球科学研究界可用的最大的粒子加速器。例如,大型强子对撞机已被用于确认希格斯玻色子的存在,弗朗索瓦·恩格勒特和罗伯特·希格斯因此在2013年获得了诺贝尔物理学奖。但每一个发现都提出了新的问题,需要进一步发展技术设备来解答。大型强子对撞机将质子束加速到高达光速的99.9999991%。这相当于14太电子伏特(TeV)的质心能量。听起来很多吧?但这还不够。

         对暗物质、重子不对称性以及标准模型无法解释的其他粒子物理学方面的研究,需要更高的质心能量。一个新的环形加速器,即未来环形对撞机(FCC),旨在纠正这种情况。根据最初的理论考虑,该设施将覆盖约100公里,预计将产生高达10倍的质心能量。在可行性研究完成之前(可能在2026年),无法知道确切的数值。在那之前,项目组正在调查需要不同技术发展的几种变体。例如,一个更大的强子加速器将需要两倍强度的超导磁铁。

粒子加速器在真空状态下发生了什么?

        粒子加速器由一圈偶极子磁铁组成,包围着两个相互平行的管道,每个管道的直径只有几厘米。在这些所谓的束流管中,质子束以相反的方向运行,以便它们能够相互碰撞。为了防止加速的粒子与残余空气中的气体分子相撞,管内的真空环境必须尽可能完美。

         这就是为什么所有粒子加速器的重要部件都要有超高的真空。在某些地方,这种真空与机器本身一样极端。在最好的情况下,可以达到10-16巴的压力。这相当于地球月球表面的大气压力——大多数人都认为月球表面根本没有大气层!

        同时还需要真空来操作大量超导电磁铁,引导和聚焦粒子束,尽管 “只”需要高真空。最后,由真空封闭的供应管道输送液态氦,将磁铁冷却到接近绝对零度的温度,并实现超导。封闭的真空的管道能确保最大限度地减少热流。

阀门面临的挑战是巨大的

         为了在粒子加速器中产生这种水平的真空,需要到处都安装阀门。它们不仅要调节控制气体的流入和流出,而且作为区域隔离阀,它们还可以将加速器的某个部分密封起来进行维护,或者作为所谓的束流阻挡板,它们还可以确保加速器系统中的粒子或能量辐射的快速中断。它们都必须有极高的耐受力,这是由于极低真空、局部高温和粒子加速器中经常出现的强烈辐射所产生的。这就是为什么弹性体不适合作为加速器中的密封部件,它们会变干和分解。因此需  要使用全金属阀门。

         全金属阀门不含任何弹性体,它们的密封是 “硬对硬 ”的。也就是说,阀板和阀盖的密封都装有金属密封。这不仅使它们能够抵御极端的环境条件,而且允许非常高的烘烤温度,可以用来去除阀门表面上任何可能的残余吸附物质。烘烤温度可高达300°C,在阀门打开和关闭的位置都是这样耐高温烘烤的。

         VAT专用VATSEAL密封部件,作为阀盖密封或法兰密封都具有特别好的稳定性能。这些由镀银铜制成的密封部件具有弹性,可以很好地适应密封面的表面轮廓,因此即使在很高的压差下也能提供最佳的密封效果。  

         对于阀板的密封,VAT使用其特殊的VATRING密封技术。这种动态的全金属密封系统能够长期提供可靠的密封效果,并产生稳定的关闭力。它能以相对较低的轴向力实现高密封力。它的密封环是由不锈钢制成的,有镀银涂层,只产生弹性变形。这意味着,其他金属密封形式在关闭操作后必须更换,因为它们会发生塑性变形,而VATRING技术允许重复关闭,因为密封部件会恢复到原始形状。这大大减少了全金属阀门所需的维护,最终节省了时间和金钱。因此, VAT作为全金属阀门的市场领导者是有道理的,与欧洲核子研究中心关于100公里对撞机等加速器项目的合作是长期的,而且有前景的。