ニュートリノとは、電子に似た素粒子ですが、電荷を持たず、質量も非常に小さいため、かつてはゼロと考えられていました。宇宙で最も豊富に存在する粒子の一つであるニュートリノは、物質との相互作用がほとんどないため、検出することが非常に困難です。ニュートリノの質量を発見するための何十年にもわたる努力にもかかわらず、未だに謎のままです。

ニュートリノに質量を与えるものがわかれば、科学者が標準モデル（現在、宇宙の最も基本的な構成要素を記述するための最良の理論）を超える宇宙の説明を策定するのに役立つかもしれません。また、ニュートリノは大量に存在するため、ニュートリノの質量を明らかにすることは、現在の宇宙モデルや宇宙構造の形成を理解する上で重要です。

実験のセットアップ

ドイツのカールスルーエ工科大学（KIT）で行われているKATRIN実験は、2025年までにニュートリノの絶対質量を決定することを目的としています。ニュートリノを測定する際の微細な影響を解決するために必要な感度を獲得するために、最初の設計からKATRINプラットフォームの完成まで約16年を要しました。開発された新技術は、トリチウム源と、放出された電子のエネルギーを測定する検出器（スペクトロメーター）です。

KATRIN実験では、まず、水素の高放射性同位体であるガス状のトリチウムを発生させるトリチウム源を設置します。トリチウム（3H）が放射性崩壊してヘリウム同位体（3He）、ベータ電子（e-）、反電子ニュートリノ（ν̄）になると、電子1個とニュートリノ1個の粒子のペアも放出されます。これらのペアは超電導磁石によって検出器に導かれ、測定されます。

KATRINの研究者たちは、ニュートリノの質量を直接測定することができないので、電子を測定して電子の性質からニュートリノの性質を計算します。トリチウム源から放出された電子ニュートリノペアの中には、電子がほぼすべてのエネルギーを受け取り、ニュートリノにはわずかなエネルギーしか残らないものがあります（ほとんどのペアはエネルギーを均等に分け合っています）。ニュートリノに残されたごくわずかなエネルギーには、ニュートリノの静止質量が含まれていなければならないため、KATRINが測定するのは、この稀なペアです。KATRINが電子のエネルギーを正確に測定すれば、科学者たちはニュートリノのエネルギーとその質量を計算することができます。

世界最大の超高真空容器

残留ガス圧が10-11mbar（月面と同程度）の世界最大の超高真空容器であるメインスペクトロメーターには、23,000本のワイヤーからなる二重構造の電極システムが搭載されており、内部容積を荷電粒子からシールドしています。分光器は、電子が検出器に到達する前に、最も高いエネルギーの電子を選択します。

KATRIN実験は、極端な真空環境下での電子輸送とトリチウム保持を目的としているため、真空バルブのソリューションには、リークタイト性と機能安定性の面で包括的な技術的課題があります。VAT Key Account Manager ResearchのFelix Jordan氏は、真空バルブソリューションに求められる要件について次のように述べています。"VATチームがKATRIN用に開発したVATバルブは、放射線レベル、極端な温度、超高真空環境を考慮する必要がありました。"

過酷な環境に対応する真空バルブ

KATRINのために選ばれたのは、超高真空環境向けに設計されたVATシリーズ10.8ゲートバルブと、高放射線レベルと高温という極高真空環境用に設計されたVATシリーズ54.1オールメタルアングルバルブです。

UHVゲートバルブ10.8は、ゲートシール部に摩擦がなく、確実なシーリングを実現するVATLOCKシーリング技術が採用されています。ゲートシールは、耐熱性の高い高性能エラストマーをゲートに直接加硫したもので、最大の耐久性と最適なシール性能を実現しています。また、VATLOCKは閉位置で機械的にロックされているため、圧縮空気の障害による真空損失のリスクがありません。

54.1 UHV オールメタルアングルバルブは、放射線量の高い場所でのシールの早期劣化のリスクを排除します。このバルブの特徴は、独自のハードオンハードのシール技術（エラストマーを使用しない）です。特許取得済みのFLEX VATRINGシールにより、従来のハードオンハードのシール設計に比べて、より多くの閉止サイクルを実行することができます。これにより、KATRIN実験のバルブは実質的にメンテナ ンスフリーとなるほど、メンテナンス期間が延長されます。その優れたシール特性により、これらのバルブは極高真空（XHV）用途にも使用されています。

「VATのクリーンな真空手順により、これらのバルブは、システムの汚染を避けるために、すでにベーク済みの状態で納品されました」と、VATのFelix.Jordan氏が付け加えます。「これらのバルブは、このような極端なアプリケーションで必要とされる、物理的に中立な特性を提供し、複雑な実験環境には影響を与えません。KATRINが達成する結果に期待しています。」

特記事例