現(xiàn)代粒子加速器，例如位于歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（Large Hadron Collider, LHC），能夠使粒子在接近光速并以遠(yuǎn)高于超新星爆炸的能量密度條件下相互碰撞。一些加速器，比如英國鉆石光源（Diamond Light Source）的電子儲存環(huán)，可以讓電子以接近光速的速度進(jìn)行圓周運(yùn)動繞行數(shù)百萬公里，使電子發(fā)射出明亮的X射線輻射，用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。顯然，這些裝置都需要極端的條件，實(shí)驗(yàn)人員絕不希望有任何隨機(jī)的氣體分子阻礙加速粒子的運(yùn)動。超高真空（UHV）是目前能夠?qū)崿F(xiàn)的最高真空度，而對該領(lǐng)域的工程師和研究人員來說，這是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

粒子加速器中典型的UHV真空度為10^-10 mbar，如何理解這一真空度？在10^-10 mbar條件下，相當(dāng)于在一個(gè)沙粒（Small Sand Grain, SSG）體積的空間內(nèi)，包含1個(gè)氣體分子，這幾乎是月球表面稀薄程度的真空度。相比之下，我們呼吸的空氣相當(dāng)于在同樣體積的空間中包含10萬億個(gè)氣體分子。

這不僅是一個(gè)巨大的量的差異，更是一個(gè)質(zhì)的差異。在大氣壓下，氣體分子不斷相互碰撞，每次碰撞之間的平均自由程只有約0.1 μm。而在10^-10 mbar下，氣體分子的平均自由程約為1000公里 ，氣體分子可以真空壁之間自由游走，有時(shí)會進(jìn)入真空泵中。

真空中材料的放氣現(xiàn)象一直是實(shí)現(xiàn)超高真空技術(shù)的一大阻礙。讓我們考慮一個(gè)內(nèi)徑為50 mm的粒子加速器束管，如果該束管由奧氏體不銹鋼制成，在未進(jìn)行烘烤處理的情況下，用真空泵抽氣10小時(shí)后，每SSG體積將釋放約1000個(gè)氣體分子。而如果該束管內(nèi)壁完全覆蓋硅脂（不推薦），其放氣量將增加1萬倍，即每SSG體積將釋放10,000,000個(gè)氣體分子。請注意，UHV要求每SSG體積空間內(nèi)僅有1個(gè)氣體分子。這就是實(shí)現(xiàn)UHV面臨的挑戰(zhàn)之一，既需要使用強(qiáng)大的真空泵，也需要選擇合適的材料。在粒子加速器中，同時(shí)還面臨輻射的影響。高能粒子可能會撞擊并損壞材料，產(chǎn)生部分原子污染真空環(huán)境。在輻射環(huán)境中，如要避免氯和氟原子污染，就不能使用常見的含鹵素聚合物，如PTFE。

2018年，Allectra推出KAP301，這是一款使用優(yōu)化Kapton絕緣層的耐輻射、兼容UHV的線纜。其絕緣膜具有優(yōu)異的釋氣性能，且僅由H、C、N、O原子組成。KAP301專為粒子加速器及其它高輻射環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，復(fù)制下方鏈接可以閱讀更多關(guān)于KAP301信息及其在鉆石光源進(jìn)行的相關(guān)測試。

https://www.allectra.com/product-development-allectra/#radiation-resistant-kapton

https://www.allectra.com/news/diamond-light-source-test-kap301-series/

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