电子的赛道

光一直是人类推进对自然认识的最重要工具。 我们只倾向于相信我们眼睛看到的东西。 一个有趣的光源是同步辐射。 科学家们之所以喜欢它，是因为它具有高强度和亮度、确定的特性以及从可见光范围内的 X 射线到红外辐射的宽频率范围。 它允许对物质、材料和医疗药物进行全新的研究和开发。 政府投资数十亿美元用于研究设施，以供其科学家使用。 但是它是如何工作的呢？

基于爱因斯坦的狭义相对论，当电子束以相对论的速度，即以几乎是光的速度在一个圆圈上运动时，同步辐射在大型存储环中产生。"想象一下，你站在一个圆形赛道的支架上。每当一辆车从你身边经过，你都能听到它的夸奖声让你激动不已。同步加速器也是如此。赛道是一个直径约为100米的存储环。与赛车场上的汽车发出的声音类似，电子束在环内绕圈飞行。巴西同步辐射实验室LNLS的真空小组负责人Rafael Molena Seraphim解释说："每次它们经过光束线时，都会发出科学家用于实验的灿烂辐射。"然而，电子的速度是一级方程式赛车的500万倍"。

该环由金属管组成，电子在管内被磁铁引导，以引导它们的方向。为了确保没有空气分子与电子碰撞并阻碍它们的相对运动，这些管子被保持在10-12mbar的超高真空（UHV）中。这种气氛与月球表面相当。简而言之，同步辐射器是爱因斯坦在类似月球大气层中的粒子相对论赛车场。

巴西的SIRIUS环是最新的第四代同步加速器之一。它于2015年开始建造，是该国有史以来建造的最先进和最复杂的基础设施。它在一个周长为518米的存储环内将电子加速到3 GeV的相对论能量。从大型储存环中去除空气是一个挑战，需要大量的时间进行抽气。此外，尽管有多位科学家同时进行实验，但仍需要保持一个清洁的环境。

VAT 高科技阀门使电子保持正轨

构建复杂 UHV 系统的主要策略是将其划分为由分段阀分隔的不同部分。 通过这种方式，环的各个部分可以放空以进行维护工作，同时将其余部分保持在 UHV 压力下。 然而，分段阀的关键方面不是它们何时关闭，而是它们在同步加速器运行期间何时打开。 电子以小包裹的形式通过携带射频 (RF) 交流电的环飞行。 “打开的阀门必须尽可能模仿管子的设计，以避免对电子流产生任何射频干扰，”Rafael Seraphim 强调说。 “否则，它就像赛道曲线上的油一样。 当然，汽车会在高速下坠毁，或者电子会失去最佳轨道。”

VAT 在为储存环的操作提供专用真空阀方面有着悠久的历史。 这些产品包括用于排气和泵送目的的 54.1 系列全金属角阀到 47 和 48 系列闸阀。 “我们的全金属阀门不含弹性体，特别适用于储存环内具有挑战性的辐射环境。 但是，我们始终可以灵活调整阀门以满足客户的特定需求。 早在 2012 年 SIRIUS 的早期规划阶段，我就飞往巴西了解项目的具体架构和要求，”Jürg Öhri 回忆道。 “我们开始了一个非常开放和建设性的合作。”

在接下来，VAT开发了47系列XHV RF全金属闸阀，带有特定的射频桥。当打开时，它通过一个特殊的金属弹簧桥接环形的两个真空管，以确保连接与SIRIUS环形的电气特性完全一致。从打开的阀门飞过的电子不会再看到与环的其他部分使用的普通管有什么不同。

同步加速器的多用户环境是另一个需要额外安全措施的挑战：“光束线被许多进行创造性新颖实验的科学家预订。 万一出现问题，我们需要保护同步加速器免受任何可能从光束线发生故障的实验进入的污染，”光束线工程师 Gustavo Rodrigues定义了这项任务。为了实现这一目标，VAT还提供了一个由故障探测器和超快的77.3系列快门阀组成的安全系统，该系统可在短短10毫秒内将光束线与存储环断开。换句话说，赛场上仍然保持没有污染的状态。

VAT大门向科学家开放 SIRIUS 赛道

真空阀是同步加速器内最复杂的部件之一。直到2021年，LNLS的工程师们在SIRIUS环形装置上安装了近300个VAT阀门。VAT的高科技解决方案是SIRIUS的第一条光束线现在与科学家进行实验的部分原因。最后，有可能会有多达38条光束线。"Rafael Seraphim总结说："凭借在同步加速器真空设计方面的深入专业知识，以及根据特定用例调整组件的灵活性，VAT 已成为在 2020 年内实现 SIRIUS 运行的强大技术合作伙伴，"看到这些复杂的科学真空基础设施日益成熟，总是令人着迷。我们是复杂科学真空设施的世界市场领导者，同步辐射环内约90%的超高真空阀门由我们制造。然而，每个项目都有独特的挑战和要求，我们随时准备解决这些问题"，VAT的销售工程师Jürg Öhri解释说。"Jürg Öhri总结说："我们很自豪能够成为实现SIRIUS的关键合作伙伴之一，并帮助为研究人员提供最现代化的科学基础设施。"