Con sus 26,7 Km de longitud, el LHC tiene el sistema de vaci\u00f3 mas grande del mundo operando en una extensa gama de presiones y utilizando una impresionante variedad de tecnolog\u00edas de vaci\u00f3, algunas de las cuales fueron puestas a punto en el CERN. Este sistema es fundamental para los aceleradores ya que, evidentemente, sin vaci\u00f3, las part\u00edculas no podr\u00edan sobrevivir ni los detectores funcionar.<\/p>\n
Instalado en el t\u00fanel subterr\u00e1neo (entre -80 y -140 m) del antiguo LEP (gran colisionador de electrones<\/a> y positrones) y a caballo sobre la frontera franco-suiza a menos de 15 kil\u00f3metros de la ciudad de Ginebra, el LHC esta compuesto por un doble anillo de almacenamiento de part\u00edculas. Cada anillo transporta un haz de hadrones<\/a> de 7 TeV de energ\u00eda que circulan en direcciones opuestas, colisionando en cuatro gigantescos experimentos. Los dos haces de hadrones<\/a> est\u00e1n dirigidos y enfocados por centenares de imanes superconductores, enfriados a una temperatura de 1.9 K (-271.25\u00baC) utilizando helio superfluito. Un vaci\u00f3 de aislamiento permite reducir los intercambios t\u00e9rmicos entre imanes criog\u00e9nicos y el criostato a la temperatura ambiente.<\/p>\n Comparado con un acelerador lineal, un colisionador de part\u00edculas como el LHC tiene exigencias para el vaci\u00f3 del haz de part\u00edculas mas importantes. En el LHC, las part\u00edculas del haz viajan a una velocidad muy pr\u00f3xima a la velocidad de la luz (300.000 Km\/s) y completan \u00a1m\u00e1s de 11.000 revoluciones del anillo por segundo! Por dise\u00f1o, cada ciclo (inyecci\u00f3n, colisiones entre haces, extracci\u00f3n de los haces) de F\u00edsica durara 10 horas durante las cuales el vaci\u00f3 residual tendr\u00e1 que tener un impacto de incidencia m\u00ednima sobre los haces. Tal requisito requiere una vida de las part\u00edculas que tienen que exceder de 100 horas, lo que implica que las part\u00edculas viajen durante 4 billones de de revoluciones del LHC, equivalentes \u00a1a 280.000 viajes a la Luna! (384000 Km) sin colisionar con los \u00e1tomos o mol\u00e9culas del vaci\u00f3 residual.<\/p>\n <\/p>\n La existencia del vaci\u00f3 en los aceleradores de part\u00edculas tiene su raz\u00f3n de ser en la absoluta necesidad de limitar las interacciones (el\u00e1sticas o inel\u00e1sticas) entre las part\u00edculas del haz, y los \u00e1tomos o mol\u00e9culas del vaci\u00f3 residual. Interacciones que provocan una dispersi\u00f3n del haz que es responsable de la limitaci\u00f3n del funcionamiento de los aceleradores y del deterioro de su rendimiento. Para la mayor\u00eda de estos fen\u00f3menos, los gases pesados con una secci\u00f3n eficaz de ionizacion alta, son los mas constringentes para la circulaci\u00f3n del haz, La aceleraci\u00f3n y almacenamiento de los iones tiene requisitos de vaci\u00f3 aun mas elevados debido a la necesidad de evitar su neutralizaci\u00f3n parcial o total en el intercambio de cargas el\u00e9ctricas resultantes de los choques inel\u00e1sticos con los \u00e1tomos o mol\u00e9culas del vaci\u00f3 residual.<\/p>\n Conviene destacar dos tipos de mecanismos que tienen lugar en el vaci\u00f3 para los haces: los efectos que afectan directamente a las part\u00edculas del haz y que llamaremos efectos directos y los efectos que impactan la operaci\u00f3n del haz sin interactuar directamente con el.<\/p>\n Efectos directos sobre el haz de part\u00edculas<\/strong><\/p>\n Los efectos dominan las interacciones directas con el haz. El primero es la dispersi\u00f3n del haz por colisiones con \u00e1tomos o mol\u00e9culas del vaci\u00f3 residual. El aumento local de presi\u00f3n aumenta la probabilidad de colisiones y reduce la vida de las part\u00edculas del haz reduciendo as\u00ed mismo la luminosidad en los puntos de colisi\u00f3n de los haces en los detectores. El segundo es la interacci\u00f3n del haz con nubes de cargas el\u00e9ctricas (electrones<\/a> o iones) acumuladas en la c\u00e1mara de vaci\u00f3. Esas interacciones inducen un aumento del tama\u00f1o de los paquetes de part\u00edculas y unas inestabilidades del haz.<\/p>\n Efectos indirectos que impactan la operaci\u00f3n del acelerador<\/strong><\/p>\n Los efectos indirectos son m\u00e1s variados y m\u00e1s complejos. Muchos de ellos son soluciones tecnol\u00f3gicas opuestas. Los principales son:<\/p>\n Evoluci\u00f3n cronol\u00f3gica<\/strong><\/p>\n Me limitare a decir que en los \u00faltimos 20 a\u00f1os, es de destacar la disminuci\u00f3n de los precios de las bombas de vaci\u00f3 y el desarrollo de las bandas y capas finas de material su\u00e9ter no evaporable ( TiZrV), una tecnolog\u00eda desarrollada e industrializada en el CERN. Esta tecnolog\u00eda, es imprescindible en los aceleradores que necesitan c\u00e1maras de vaci\u00f3 de peque\u00f1as dimensiones y que resultan tener una conducci\u00f3n limitada para los gases.<\/p>\n Desaf\u00edos para el <\/strong>vac\u00edo de nuevas generaciones de aceleradores<\/strong><\/p>\n La voluntad de desarrollar nuevos aceleradores de mas alta intensidad y energ\u00eda y con dimensiones razonables para disminuir los costes de construcci\u00f3n y de operaci\u00f3n, esta redundando en el incremento de las exigencias para las c\u00e1maras de vaci\u00f3 de la nueva generaci\u00f3n de aceleradores. Ya no est\u00e1n dise\u00f1adas para alcanzar \u00fanicamente un nivel de presi\u00f3n excesivamente bajo sino tambi\u00e9n deber\u00e1n reducir la impedancia para el haz (circulaci\u00f3n de la corriente de imagen) evitando el riesgo de generaci\u00f3n de ondas radiofrecuencias de alta frecuencia (HOM), cumplir con el dif\u00edcil desafi\u00f3 de la optimizaci\u00f3n de la apertura para el haz, limitar y captar la carga t\u00e9rmica generadas por los fen\u00f3menos inducidos por el haz entre los cuales conviene destacar las avalanchas de electrones<\/a> y de iones o la generaci\u00f3n de fotones<\/a> o de foto-electrones. Esa explosi\u00f3n en las exigencias esta redundando en una ampliaci\u00f3n del espectro de tecnolog\u00edas involucradas en el dise\u00f1o de c\u00e1maras de vaci\u00f3 de nueva generaci\u00f3n que tienen que incluir nuevas soluciones tecnol\u00f3gicas que permitan minimizar los efectos de las avalanchas de electrones<\/a> e iones as\u00ed como la generaci\u00f3n de fotones<\/a>\u00a0 t foto-electrones. El dise\u00f1o resulta m\u00e1s complejo, la fabricaci\u00f3n y la operaci\u00f3n m\u00e1s costosa. Hoy en dia todos los aceleradores de part\u00edculas de la nueva generaci\u00f3n tienen que superar estos desaf\u00edos.<\/p>\n El \u201cLarge Hadr\u00f3n Collider\u201d (LHC)<\/strong><\/p>\n El vac\u00edo del LHC esta compuesto por 54 Km de vaci\u00f3 ultra bajo, por donde circulan los dos haces y 50 km de vaci\u00f3 de aislamiento alrededor de los im\u00e1genes criog\u00e9nicos en las l\u00edneas de transporte del liquido criog\u00e9nico (Helio). Los requisitos para el vaci\u00f3 de estos dos sistemas son radicalmente diferentes.<\/p>\n Explicar aqu\u00ed el vac\u00edo para el haz de part\u00edculas y el vaci\u00f3 de aislamiento t\u00e9rmico, seria engorroso y nos llevar\u00eda a un sistema de vaci\u00f3 expuesto a da\u00f1os colaterales.<\/p>\n La complejidad del LHC, implica dificultades para la operaci\u00f3n del vaci\u00f3 y aumenta el tiempo de inactividad del acelerador y los recursos humanos necesarios durante las intervenciones. En los pocos d\u00edas de operaci\u00f3n con haces, la yuxtaposici\u00f3n para los haces, de un vaci\u00f3 criog\u00e9nico con un vac\u00edo a temperatura ambiente, hizo patente la necesidad de una r\u00e1pida detecci\u00f3n de una inestabilidad t\u00e9rmica en los imanes criog\u00e9nicos para evitar que los gases liberados por las paredes fr\u00edas se propagasen y saturasen las capas de material NEG de las zonas a temperatura ambiente.<\/p>\n El LHC, es un proyecto de cuya complejidad e implicaciones se tienen pocas nociones por la gente de la calle que, generalmente, solo ven la parte mas espectacular de las misiones que se persiguen que son, en definitiva, las que mas airean la prensa pero, la realidad es que, no todo es tan bonito como lo pintan y las dificultades son muchas y, algunas, dif\u00edciles de superar.<\/p>\n Veremos que pasa.<\/p>\n <\/strong><\/p>\n\n
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