CERN質(zhì)子交叉貯存環(huán)真空系統(tǒng)
歐洲核子研究中心(簡(jiǎn)稱CERN)的交叉貯存環(huán)(ISR)是質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，環(huán)中貯存極限電流為27A。此裝置有兩個(gè)環(huán)形真空室，兩環(huán)為“8”字形，環(huán)直徑約300m。在環(huán)中回旋的質(zhì)子，要求在24h內(nèi)幾乎沒有什么損失，故要求真空度較高。原設(shè)計(jì)要求真空度為10^-7Pa，但從目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，真空度必須高于l×10^-8Pa，否則不僅貯存時(shí)間縮短，質(zhì)子流強(qiáng)也受到限制。
真空室截面為橢圓形，軸長(zhǎng)分別為160mm及55mm，每個(gè)環(huán)周長(zhǎng)約1km。真空室材料為不銹鋼，壁厚為2mm。不銹鋼板材，放在真空爐中加熱到900℃除氣2h，可以減少氫在不銹鋼中的含量。用這種不銹鋼板制做的真空室，在150℃～200℃下烘烤2h后，氫的出氣率為1.3Pa．L/Cm2·s—2.6×10^-11Pa. L/Cm2·s，比沒處理的不銹鋼小一個(gè)數(shù)量級(jí)。真空室安裝前在300℃溫度下分段檢漏，因?yàn)樵跓釕?yīng)力作用下，易發(fā)現(xiàn)漏孔。
真空室截面有變化的地方，將會(huì)形成波導(dǎo)和諧振腔，產(chǎn)生不希望的振蕩，使束產(chǎn)生波動(dòng)。為抑制這種振蕩，在真空室各臨界點(diǎn)上裝有電阻器。電阻器是用直徑30mm，長(zhǎng)80mm～200mm的瓷管在真空中蒸鍍鎳鉻合金制成的，裝上之后，使束的貯存時(shí)間顯著增大。在設(shè)計(jì)真空室時(shí)，還應(yīng)考慮到束流有時(shí)可能突然打到器壁上，使壁過熱而損壞，需要設(shè)置防擴(kuò)裝置。
真空系統(tǒng)抽氣選用了300只三極型濺射離子泵做主泵，為了提高真空度又設(shè)置了500個(gè)鈦升華泵。濺射離子泵的預(yù)抽選用了70個(gè)抽速70L/s的渦輪分子泵機(jī)組，在環(huán)中八處束交叉點(diǎn)還配有抽速2×104L/S的低溫泵及鈦升華泵，升華泵可以直接向真空室器壁蒸發(fā)鈦，幾個(gè)月內(nèi)使此處壓力保持1×10^-9Pa。真空度測(cè)量用500臺(tái)調(diào)制B-A計(jì)，安裝了36個(gè)質(zhì)譜計(jì)用于殘余氣體成分分析。
為了檢修系統(tǒng)，用40個(gè)氣動(dòng)閘板閥將真空室每隔70m分成一段。閥板用鈦皮來密封，閥開閉500次，仍有良好的密封性。
貯存環(huán)初期運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)束流增加到一定值時(shí)，出現(xiàn)過真空度急劇變壞，使貯存束流迅速下降的現(xiàn)象。原因是束流與殘余氣體碰撞產(chǎn)生的離子打到器壁上，使吸附在器壁上的氣體分子激發(fā)解吸，真空度變壞；進(jìn)而產(chǎn)生更多的離子，打出更多的氣體，造成了“雪崩”過程。質(zhì)譜分析表明，解吸的氣體中有40%的氫、40%的二氧化碳、10%的水蒸氣及10%的碳化合物。后來增加了鈦升華泵及改進(jìn)了系統(tǒng)烘烤過程，使真空度提高到1×10^-9Pa，再?zèng)]有發(fā)生過這種現(xiàn)象。
對(duì)撞機(jī)的貯存環(huán)中不僅要求具備超高真空的環(huán)境條件，而且還要消除質(zhì)子勢(shì)阱中的電子，防止束流變?yōu)橹行裕绊戀A存環(huán)中壓力的穩(wěn)定性。實(shí)踐已證明，質(zhì)子勢(shì)阱中的電子可以用電極清除方法消除。此外捕獲電子的絕緣材料產(chǎn)生的Ca0及SiO2塵粒，也會(huì)影響環(huán)中壓力的穩(wěn)定性，也必須采取一定的手段予以清除。
真空室截面為橢圓形，軸長(zhǎng)分別為160mm及55mm，每個(gè)環(huán)周長(zhǎng)約1km。真空室材料為不銹鋼，壁厚為2mm。不銹鋼板材，放在真空爐中加熱到900℃除氣2h，可以減少氫在不銹鋼中的含量。用這種不銹鋼板制做的真空室，在150℃～200℃下烘烤2h后，氫的出氣率為1.3Pa．L/Cm2·s—2.6×10^-11Pa. L/Cm2·s，比沒處理的不銹鋼小一個(gè)數(shù)量級(jí)。真空室安裝前在300℃溫度下分段檢漏，因?yàn)樵跓釕?yīng)力作用下，易發(fā)現(xiàn)漏孔。
真空室截面有變化的地方，將會(huì)形成波導(dǎo)和諧振腔，產(chǎn)生不希望的振蕩，使束產(chǎn)生波動(dòng)。為抑制這種振蕩，在真空室各臨界點(diǎn)上裝有電阻器。電阻器是用直徑30mm，長(zhǎng)80mm～200mm的瓷管在真空中蒸鍍鎳鉻合金制成的，裝上之后，使束的貯存時(shí)間顯著增大。在設(shè)計(jì)真空室時(shí)，還應(yīng)考慮到束流有時(shí)可能突然打到器壁上，使壁過熱而損壞，需要設(shè)置防擴(kuò)裝置。
真空系統(tǒng)抽氣選用了300只三極型濺射離子泵做主泵，為了提高真空度又設(shè)置了500個(gè)鈦升華泵。濺射離子泵的預(yù)抽選用了70個(gè)抽速70L/s的渦輪分子泵機(jī)組，在環(huán)中八處束交叉點(diǎn)還配有抽速2×104L/S的低溫泵及鈦升華泵，升華泵可以直接向真空室器壁蒸發(fā)鈦，幾個(gè)月內(nèi)使此處壓力保持1×10^-9Pa。真空度測(cè)量用500臺(tái)調(diào)制B-A計(jì)，安裝了36個(gè)質(zhì)譜計(jì)用于殘余氣體成分分析。
為了檢修系統(tǒng)，用40個(gè)氣動(dòng)閘板閥將真空室每隔70m分成一段。閥板用鈦皮來密封，閥開閉500次，仍有良好的密封性。
貯存環(huán)初期運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)束流增加到一定值時(shí)，出現(xiàn)過真空度急劇變壞，使貯存束流迅速下降的現(xiàn)象。原因是束流與殘余氣體碰撞產(chǎn)生的離子打到器壁上，使吸附在器壁上的氣體分子激發(fā)解吸，真空度變壞；進(jìn)而產(chǎn)生更多的離子，打出更多的氣體，造成了“雪崩”過程。質(zhì)譜分析表明，解吸的氣體中有40%的氫、40%的二氧化碳、10%的水蒸氣及10%的碳化合物。后來增加了鈦升華泵及改進(jìn)了系統(tǒng)烘烤過程，使真空度提高到1×10^-9Pa，再?zèng)]有發(fā)生過這種現(xiàn)象。
對(duì)撞機(jī)的貯存環(huán)中不僅要求具備超高真空的環(huán)境條件，而且還要消除質(zhì)子勢(shì)阱中的電子，防止束流變?yōu)橹行裕绊戀A存環(huán)中壓力的穩(wěn)定性。實(shí)踐已證明，質(zhì)子勢(shì)阱中的電子可以用電極清除方法消除。此外捕獲電子的絕緣材料產(chǎn)生的Ca0及SiO2塵粒，也會(huì)影響環(huán)中壓力的穩(wěn)定性，也必須采取一定的手段予以清除。
