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高能同步加速器:同步加速器真空室

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-10-04 20:15:44 * 浏览: 0
同步加速器真空室设计的主要参数是:孔径,工作压力,泵送设备布置,辐射条件,主导磁场特性。这些原始数据取决于对加速器物理解决方案和技术经济影响的总体考虑。同步加速器需要真空室,并且某些要求是矛盾的。设计真空室的主要要求如下:1将真空室放置在磁体的间隙中时,对磁场的干扰应被认为很小,并且通常不应超过中心磁场的1%领域。因此,真空室的材料应该是非磁性的并且具有低导电性。为了使由涡流引起的干扰场不超过允许值,真空室的金属部分应具有良好的形状和尺寸以利于传导。 2真空室的壁具有足够的电导率,可以传输由入射到壁上的粒子产生的静电荷,因此表面电势大约等于接地电势。 3真空室的壁应该很薄,以确保充分利用磁铁间隙并减少涡流。 4在强电磁辐射和颗粒辐射下,壁材料的气体流出量小。壁材料的机械性能,电性能和磁性能在颗粒辐射下是稳定的。 6真空室的工艺应简单,易于维修且成本低廉。为满足上述要求,z *为薄壁波纹管真空室,波纹管为lCr18Ni9Ti不锈钢或非磁性合金和高电阻铝。波纹管的壁厚,波高和波距取决于磁场特性。可以通过不同的方法(例如机械轧制,液压成形和焊接)形成波形真空室。波形真空室已成功用于7GeV质子同步加速器上。加速器真空室由磁铁间隙中的112个段和相同数量的直段组成。大多数曲线是椭圆形部分,轴向长度分别为114m和84mm。两端焊接到法兰上,总长度约为2m。除椭圆管外,还有一个圆管,它是通过用0.3毫米的不锈钢板轧制,然后通过接触焊接形成的。该波纹管的波高为3 mm,波距为7 mm。为了消除波纹管的机械应力,将曲线在真空炉中加热至800°C并进行真空退火。在质子同步加速器中还使用了具有类似构造的真空室,其能量为76 GeV。加速器真空室有120个部分,每个部分长约11m。曲线段是椭圆形的焊接波纹管,其轴向长度为195 m和115 mm,波高为5.8 mm,波距为10.8 mm,壁厚为0.4 mm,材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢。同步加速器椭圆截面真空室在静态拦截(大气压,安装拦截)和动态载荷(电磁振动)的共同作用下,产生复杂的应力并被涡流加热。因此,当构造这样的薄壁真空室时,必须仔细计算真空室壁的耐久性和稳定性。在电子同步加速器中,加速循环频率变为10 Hz。在这种情况下,由于磁场域的变化以及真空室被涡流加热,很难使用波纹管形真空室。因此,这种加速器通常采用具有金属内表面的介电材料的真空室。这种类型的材料用于苏联EP电子同步加速器。加速器的每个部分都由48个弯曲部分组成,这些部分的横截面为椭圆形,轴向长度为120m和42mm,长度为380mm。弯曲部分覆盖有金属骨架,并具有径向缝隙,嘴缝宽度为0.3mmmdash,0.5mm,间距为12mm,骨架壁厚为1.5mm。切口尺寸和位置的选择应考虑到对磁场的影响。金属骨架的外表面是环氧树脂粘合的玻璃纤维层。该层是通过在特殊设备上于150°Cmdash和160°C加热28小时而形成的。覆盖层为1mm厚,可以满足当时的气密性要求。然而,真空室运行了四年,发现气密性变差并变为氧化铝陶瓷材料。陶瓷组合物为97%的Al 2 O 3,1.5%的SiO 2和少量的Mn 0,Mg 0,TiO 2。每个弯曲部分长350mm,两端密封铜镍合金管,然后通过等离子焊接形成大弯曲部分,每个部分长3700mm。陶瓷的内壁涂有金属层,电阻约为40Ω。该电阻器还用作烘烤电阻加热器。真空室的可拆卸部分用直径2 mm的铝线密封。同步加速器真空室非常长,在制造过程中需要分成几个部分。抽油机的布置应分开考虑,以改善真空室内的压力分布。一些真空室使用嵌入式溅射离子泵来实现每米100 L / s的抽速。这样,既改善了磁极的磁场,又改善了压力分布。由于强大的同步加速器辐射,高能光子以高达10 kW / cm ^ 2的能量密度撞击真空室的壁。因此,真空室必须用水冷却以带走热量。另外,同步加速器辐射还引起真空室壁的激发解吸,这比通常的热解吸要高得多。当光束在真空室内旋转时,系统的压力可以增加三个数量级。在大型电子存储环中,有时瞬时电子束电流高达2000A。这种高强度光束可能会在真空室的横截面中引起激发的高频寄生损耗,例如波纹管,法兰等,这将导致不稳定的流量和真空。组件过热。为此,电子存储环的真空室不能设计成不规则的或阶梯状的。真空室部分必须有良好的水冷却。