宇宙の構成要素を探す - VATの真空バルブで
VATは、世界最大の欧州素粒子物理学研究所であるCERNと長期的な協力関係にあります。VATの専門チームが開発したセクターバルブは、CERNの大型ハドロン衝突型加速器(LHC)内の超高真空(UHV)状態を維持するのに役立っています。 (読了目安:約3分)
レーザー干渉計重力波観測装置(LIGO)は、100年以上前にアインシュタインの一般相対性理論によって予測された重力波を検出するために設計されました。「重力波の発見は、単に理論物理学における曖昧なマイルストーンのひとつではなく、宇宙を見るためのまったく新しい方法でした」と、LIGOのベースとなっているレーザー干渉計の発明者であるマサチューセッツ工科大学(MIT)の物理学教授、ライナー・ワイスは説明します。
2015年9月14日、LIGOシステムはごくわずかな乱れを検出しました。これは重力波を直接検出した最初の例です。研究者たちは、この乱れが、地球から13億光年離れた場所で巨大ブラックホールが激しく衝突することから発生した重力波の信号であることを確認しました。
VATのリージョナル・セールス・マネージャーであるJoshua LeBeauは、大ファンです。「この発見は、科学の歴史的瞬間であり、アインシュタインが予言した重力波の存在、つまり時空間に存在する非常に微細な波紋の存在が正しいことを証明しました。このプロジェクトの創設者であるカリフォルニア工科大学のBarry BarishとKip Thorne、そしてマサチューセッツ工科大学のRainer Weissは、その功績により2017年のノーベル物理学賞を全員で受賞しました。よくぞ受賞した!」
LIGOシステムは、1,865マイル離れたルイジアナ州のリビングストンとワシントン州のハンフォードに設置された2つの同一の巨大な検出器に基づいています。それぞれの検出器は、高さ約12フィート、長さ4km(2.5マイル)のステンレス製真空管2本(保護用のコンクリートパイプで覆われている)がL字型に配置されています。長さが非常に長いため、地球の曲率を考慮して、パイプの両端を地面から1ヤードほど高くして、絶対に平らになるようにしています。
L字型の検出器は、巨大な真空チャンバーの中をレーザービームが横切っています。このレーザービームは、両端の鏡でパイプに跳ね返されます。重力波が通過すると、一方の管では空間が伸び、もう一方の管では空間が縮みます。その結果、ビームがトンネルを通過する時間がわずかに変化します。このタイムラグによりLIGOの検出器でアラームが発生します。
LIGOを稼働させる前に、巨大なステンレス製の真空チャンバーを真空にする必要があります。LIGOは40日間の排気作業を経て、海面上の大気の1兆分の1の密度、つまり超高真空アプリケーションの典型的な圧力である10-9mbarという、地球上でこれまでに作られた中で最も純粋な真空状態を達成しました。
「残念ながら、メインポート用の大型バルブ(48インチと44インチ)は粗悪品を購入し、LIGOのチューブの小型ポートにはVAT真空バルブ(10インチ)を取り付けました」とMITの物理学者Rainer Weiss氏は説明します。「VATバルブは完璧に機能していますが、大型バルブは際限のない問題を引き起こしました。そして私達は、教訓を学びました!」
LIGOは86個のVAT UHVゲートバルブを発注し、クライアントの指定によりISO 6のクリーンルームで組み立てられました。研究開発においてUHVアイソレーション用途で広く使用されている10.8シリーズUHVゲートバルブは、VATLOCK技術を搭載しており、ゲートシール部での摩擦がなく、信頼性の高いシーリングを実現しています。VATLOCKの大きな特徴は、閉位置で機械的にロックされることで、圧縮空気の障害による真空損失のリスクを排除できることです。
VATプロダクトマネージャーのDr. Markus Poppellerはこう付け加えます。「現場で実績のあるシリーズ10.8 UHVゲートバルブは、クリーンな真空環境を維持するために、「グリースフリー」メカニズム、「バルカナイズドゲート」、「VATSEALメタルシール」、「溶接ベローズ」などの技術を採用しています。最終ステップでは、高純度の洗浄プロセスにより、VATの真空バルブがクラス最高の製品であることを保証します」と述べています。
「これらのバルブの特徴とVATLOCK技術は、アウトガスと透過率の最小化を保証し、LIGOのクリーンなUHV真空環境の優先事項をサポートします。」と、VATプロダクトマネージャーのWolfgang Niessnerはこう付け加えます
LIGOのエンジニアは、検出器の感度を向上させ続けています。アップグレードにより、LIGOの能力が大幅に向上し、検出器で観測できる宇宙の体積が倍増します。これらの改良が成功したことは、2015年の最初の発見以降に行われた重力波の検出数が証明しています。LIGOはその後、主にブラックホールの衝突による重力波をさらに30以上検出しています。
VATは、世界最大の欧州素粒子物理学研究所であるCERNと長期的な協力関係にあります。VATの専門チームが開発したセクターバルブは、CERNの大型ハドロン衝突型加速器(LHC)内の超高真空(UHV)状態を維持するのに役立っています。 (読了目安:約3分)
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