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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: 2020-01-04 0:12:37 * 浏览: 2
设计同步加速器真空室的主要参数是:孔径,工作压力,提取设备的布置,辐射条件以及主导磁场的特性。这些原始数据取决于对加速器的物理方案以及技术和经济影响的总体考虑。同步加速器对真空室有严格的要求,有些要求是矛盾的。通常,对真空腔室设计的主要要求是:①将真空腔室放置在磁体的间隙中时,应考虑到对磁场z *的干扰较小,通常不能超过1%中心磁场因此,真空室的材料应该是非磁性的并且具有低导电性。为了防止由涡流引起的干扰场超过允许值,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导电性,可以转移入射到壁上的粒子所产生的静电荷,因此表面电势大约等于接地电势。 ③真空室的壁应薄,以确保充分利用磁体之间的间隙,并减小涡流。 ④在强电磁辐射和微粒辐射下,容器壁的材料放气率应小。 ⑤墙体材料的机械,电和磁性能在颗粒辐射下应保持稳定。 ⑥真空腔室的工艺要简单,维护方便,成本低。符合以上要求。 Z *是薄壁波纹管状真空室。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来形成波动真空室,例如机械轧制,液压成形,焊接成形等。waveform波形真空室已成功用于7GeV质子同步加速器。该加速器真空室由112个段的磁铁间隙中的弯曲部分和相同数量的线性部分组成。大部分曲线段是椭圆形段,轴长分别为114m和84mm,两端均焊接有法兰,总长度约为2m。除椭圆管外,还有圆形管,它们由0.3mm不锈钢板轧制,然后进行接触焊接。波纹管的波高为3mm,波距为7mm。为了消除波纹管的机械应力,曲线接头在真空炉中加热到800°C并进行真空退火。质子同步加速器中也使用了类似的真空室,能量为76 GeV。加速器真空室共有120个部分,每个部分长约11m。曲线段为椭圆形截面焊接波纹管,轴向长度为195m和115mm,波高为5.8mm,波距为10.8mm,壁厚为0.4mm,材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢。具有椭圆形截面的同步加速器真空室,在静载荷(大气压,安装载荷)和动载荷(电磁振动)的共同作用下,材料产生复杂的应力并受到涡流加热。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长期强度和稳定性。在电子同步加速器中,加速循环频率变为10Hz。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,这种类型的加速器通常使用由具有金属内表面的介电材料制成的真空室。这种材料被用于苏联EP电子同步加速器。加速器的每个部分由48个弯曲部分组成,其横截面为椭圆形,轴长为120m和42mm,长度为380mm。弯曲部分具有金属骨架和径向切口。嘴宽为0.3mmmdash,0.5mm,间距为12mm,壁厚骨架的高度为1.5mm。切口尺寸和位置的选择需要考虑对磁场的影响。金属骨架的外表面是通过环氧树脂粘结的玻璃纤维层。在专用设备上将该层加热并在150°C mdash和160°C的温度下加压28小时。覆盖层为1mm厚,以满足当时的气密性要求。但是,真空室运行了四年,发现气密性差。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。每个弯曲段长350mm,两端密封铜镍合金管,然后通过等离子焊接制成大弯曲段,每个段长3700mm。陶瓷的内壁涂有金属层,电阻约为40Ω。该电阻也用作烘烤用的电阻加热器。真空室的可拆卸部分用2mm铝线密封。同步加速器真空室很长,在制造过程中需要分成几个部分。为了改善真空室中的压力分布,应考虑抽气单元的布局。一些真空室使用嵌入式溅射离子泵,泵的抽速可以达到每米100 L / s。这样,既利用了磁极的两个边缘磁场,又改善了压力分布。电子存储环(即高能电子同步加速器)由于强烈的同步加速器辐射,高通量光子撞击真空室的壁,能量密度高达10kW / cm ^2。因此,真空室必须用水冷却以除去热量。另外,同步加速器辐射还引起真空室壁的激发脱附,这比通常的热脱附要高得多。如果光束在真空室内旋转,系统的压力可能会增加三个数量级。在大型电子存储环中,有时瞬时电子束电流高达2000A。这种高强度的束流可能会在真空室横截面的变化(例如波纹管,法兰等)处引起激发的高频寄生损耗,这将导致传入流的不稳定,并且真空组件过热。因此,不能将电子存储环的真空室设计成不规则或阶梯状。改变真空室横截面应有良好的水冷却。