Kaip veikia LIGO: Itin didelis vakuumas

Optiniai LIGO kom­po­nen­tai ty­liai įsi­tai­sę di­džiu­lė­je, 10 000 m³ va­kuumo ka­me­roje, ku­rio­je oro slė­gis tri­li­jo­ną kar­tų ma­žes­nis už at­mos­fe­ros (0,13⁻⁶Pa).

Tokio vakuumo sukūrimas ir išlaikymas yra gyvybiškai svarbus LIGO veikimui. LIGO vakuumo aplinkoje negali sklisti garso vibracijos, galinčios pajudinti veidrodžius. Be to, jei LIGO veiktų ne vakuume, temperatūrų kitimas vamzdžių viduje galėtų pakeisti LIGO optikos formą pakankamai, kad būtų sugadinti lazerio spinduliai. Oro srovės vamzdžiuose irgi keistų lazerio spindulio lūžimą, ir gravitacinių bangų aptikti nebūtų įmanoma. Abu šiuos triukšmų šaltinius vakuumas eliminuoja.

Oro iš vamzdžių nenutrūkstamas pumpavimas truko 1100 valandų (40 dienų), kol buvo pasiektas optimalus slėgis. Per tą laiką buvo pašalinta turbininiais siurbliais iš vamzdžių buvo pašalinta didžioji oro dalis, o patys vamzdžiai 30 dienų buvo kaitinami iki 150-170 °C, kad būtų pašalintos likusios dujų molekulės.

Kad toks itin didelis vakuumas išsilaikytų, nuolat veikia joniniai siurbliai, šalinantys dujų molekules, išsiskiriančias iš vamzdžių ir kitų vidinių struktūrų. Užklydusias vandens molekules pašalina nuolat veikiantys azoto kriosiurbliai.

LIGO vakuuminiai vamzdžiai sukonstruoti iš spirališkai suvirintų, vos 3 mm storio 304L (S30403) nerūdijančiojo plieno juostų. Kadangi šiame pliene santykinai nedaug anglies, 304L plienas yra atsparus korozijai, ypač – kritiškai svarbiose suvirinimo siūlėse. Vakuumo vamzdžių viduje rūdžių radosi juos gaminant dešimtajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje, tad, prieš montuojant juos LIGO, vamzdžių vidus, siekiant pašalinti rūdis, buvo poliruojamas, kas stipriai sumažino tikimybę, kad oksido gabalėliai gali krisdami sutrikdyti lazerio spindulį ar užkristi ant optinio paviršiaus, kas galėtų būti pražūtinga visai LIGO mi­si­jai.

Vamzdžio montavimas

LIGO atšakos yra pakankamai ilgos, tad montuojant vakuuminius vamzdžius, darbus komplikavo Žemės paviršiaus išlenkimas. LIGO inžinieriai negalėjo tiesiog nutiesti vienodo aukščio atšakų ir surinkti jų tiesia linija. Kad spindulys sklistų idealiai tiesia, linija vienodame aukštyje, Žemės paviršiaus išlinkimas (4 km ilgio atšakoje vertikaliai jis sudaro daugiau nei vieną metrą) buvo kompensuojamas GPS derinamais žemės kasimo ir itin tikslaus betonavimo darbais. 75 cm storio, armuotos betono grindys po interferometrais taip pat minimizuoja seismines vibracijas. Šios grindys yra atskirtos nuo laboratorijas ir biurus remiančių sijų, bei nuo vertikalų karkasą laikančių pamatų. Visi šie inžineriniai sprendimai buvo skirti LIGO lazerio spindulio sklidimo per interferometrus kelio parėmimui ir stabilizavimui, bei stengiantis padaryti, kad visas instrumentas keltų kuo mažiau triukšmo.

1,2 m diametro vamzdis, kuriuo sklinda spindulys, buvo surinktas iš 19-20 metrų ilgio segmentų, susuktų iš juostos nepertrūkstama suvirinimo siūle:

Nors matematiškai idealus cilindras nuo spaudimo nesugniužtų, dėl kokio menko realaus vamzdžio netobulumo jis galėtų deformuotis (sugniužęs vakuumo vamzdis būtų katastrofa). Siekiant išvengti vamzdžio sugniužimo, jie sutvirtinami standumo žiedais, suteikiančiais svarbų atsparumo nuo gniuždančio atmosferos slėgio sluoksnį.

Vamzdžiai šį spaudimą turi atlaikyti bent 20 metų.

   

Facebook komentarai