高能同步加速器:同步加速器真空室
設計同步加速器真空室的主要參數(shù)有：孔徑、工作壓力、抽氣設備布局、輻射條件、主導磁場特性等。而這些原始數(shù)據(jù)是由加速器物理方案及技術經濟效果統(tǒng)籌考慮來確定的。
同步加速器對真空室要求比較苛刻，有些要求還相互矛盾。通常對設計真空室提出的主要要求有：
?、僭诖盆F間隙中設置真空室時，應該考慮對磁場干擾z*小，一般不可超過中心磁場的1%。所以，真空室的材料應該是非磁性的，并要有低的電導率。為使渦流引起的擾動場不超過允許值，真空室的金屬部分應有良好的形狀及尺寸以利于導電。
?、谡婵帐移鞅谟凶銐虻膶щ娦?，以傳走入射到壁上的粒子產生的靜電荷，使表面電位近似等于地電位。
?、壅婵帐冶谝?，以保證充分利用磁鐵間隙及減小渦流。
④器壁材料在強烈電磁輻射及微粒子輻射下出氣率要小。
?、萜鞅诓牧显诹Ｗ虞椛湎?，機械性能、電學特性、磁特性要穩(wěn)定。
?、拚婵帐夜に囈唵?，檢修方便，造價要低。
滿足上述要求z*好是薄壁波紋管狀真空室，波紋管材為lCr18Ni9Ti不銹鋼，或者電阻高的非磁性合金及鋁材。波紋管壁厚、波高、波距取決于磁場特性。波形真空室可以用不同方法成型，如機械滾壓、液壓成型、焊接成型等。
波形真空室成功地用于能量為7GeV質子同步加速器上。此加速器真空室由112段處于磁鐵間隙中的曲線節(jié)及相同數(shù)量直線節(jié)構成。大部分曲線節(jié)是橢圓形截面，軸長分別為114m及84mm，兩端焊上法蘭，總長約2m。除橢圓管外，還有圓管，是用0.3mm不銹鋼板滾壓成型，再用接觸焊焊制。此波紋管波高3mm，波距7mm。為了消除波紋管的機械應力，曲線節(jié)在真空爐中加熱到800℃，進行真空退火。
相似結構的真空室還用于能量76GeV的質子同步加速器中。加速器真空室共有120段，每段長約11m。曲線節(jié)是橢圓形截面焊接波紋管，軸長分別為195m及115mm，波高為5. 8mm，波距為10.8mm，壁厚為0.4mm，材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼。
同步加速器橢圓形截面真空室，在靜截荷（大氣壓、安裝截荷）和動載荷（電磁鐵振動）聯(lián)合作用下，材料產生復雜的應力，又要受到渦流加熱。因而，建造這種薄壁真空室時，必須仔細核算真空室壁的持久強度及穩(wěn)定性。
在電子同步加速器中，加速循環(huán)頻率變?yōu)?0Hz。在此條件下，由于磁場疇變及真空室受到渦流加熱，甚至采用波紋管狀真空室也很困難了。因此，這類加速器常采用內表面為金屬的電介質材料真空室。蘇聯(lián)EP
電子同步加速器便采用了這類材料。加速器每段由48個曲線節(jié)構成，其截面為橢圓形，軸長分別為120m及42mm，長為380mm。曲線節(jié)里布有金屬骨架，并有徑向切口，口寬為0.3mm—0.5mm，節(jié)距為12mm，骨架壁厚1.5mm。切口尺寸及位置的選擇需考慮對磁場影響。金屬骨架的外面是環(huán)氧樹脂粘接的玻璃纖維層，此層是在專用設備上，在150℃—160℃溫度下，經28h加熱壓制而成的。覆蓋層1mm厚便可以滿足當時氣密性要求。但是真空室運轉了四年，發(fā)現(xiàn)氣密性變差，改為氧化鋁陶瓷材料。陶瓷成分為97%A1203，1.5%SiO2，以及少量的Mn0、Mg0、Ti02。每個曲線節(jié)長350mm，兩端封接銅鎳合金管，再用等離子體焊制成大的曲線節(jié)，每節(jié)長3700mm。陶瓷內壁涂有金屬層，電阻約40Ω，此電阻兼做電阻式加熱器，用于烘烤。真空室可拆卸部分，用截面直徑2mm鋁絲密封。
同步加速器真空室很長，制造時需要分為若干段，分別時應考慮抽氣機組的布置，以改善真空室中的壓力分布。有的真空室使用嵌入式濺射離子泵，可以得到每米100L/s的抽速。這樣，既利用了磁極的邊緣磁場，又改善了壓力分布。
電子貯存環(huán)（即高能電子同步加速器）由于存在較強的同步輻射，高通量光子打到真空室壁上，能量密度高達10kW/cm^2。因而，真空室必須采用水冷卻，把熱量帶走。此外，同步輻射還會使真空室壁產生激發(fā)解吸，比通常的熱解吸高得多。如束流在真空室回旋時，系統(tǒng)的壓力可升高三個數(shù)量級。
在大型電子貯存環(huán)中，有時瞬時束流高達2000A，這種高強束流在真空室截面變化處，如波紋管、法蘭等可能產生激發(fā)式高頻寄生損失，將導致來流不穩(wěn)定及真空元件過熱。為此電子貯存環(huán)的真空室不能設計成不規(guī)則或有臺階的。真空室截面變化處要有良好的水冷。
同步加速器對真空室要求比較苛刻，有些要求還相互矛盾。通常對設計真空室提出的主要要求有：
?、僭诖盆F間隙中設置真空室時，應該考慮對磁場干擾z*小，一般不可超過中心磁場的1%。所以，真空室的材料應該是非磁性的，并要有低的電導率。為使渦流引起的擾動場不超過允許值，真空室的金屬部分應有良好的形狀及尺寸以利于導電。
?、谡婵帐移鞅谟凶銐虻膶щ娦?，以傳走入射到壁上的粒子產生的靜電荷，使表面電位近似等于地電位。
?、壅婵帐冶谝?，以保證充分利用磁鐵間隙及減小渦流。
④器壁材料在強烈電磁輻射及微粒子輻射下出氣率要小。
?、萜鞅诓牧显诹Ｗ虞椛湎?，機械性能、電學特性、磁特性要穩(wěn)定。
?、拚婵帐夜に囈唵?，檢修方便，造價要低。
滿足上述要求z*好是薄壁波紋管狀真空室，波紋管材為lCr18Ni9Ti不銹鋼，或者電阻高的非磁性合金及鋁材。波紋管壁厚、波高、波距取決于磁場特性。波形真空室可以用不同方法成型，如機械滾壓、液壓成型、焊接成型等。
波形真空室成功地用于能量為7GeV質子同步加速器上。此加速器真空室由112段處于磁鐵間隙中的曲線節(jié)及相同數(shù)量直線節(jié)構成。大部分曲線節(jié)是橢圓形截面，軸長分別為114m及84mm，兩端焊上法蘭，總長約2m。除橢圓管外，還有圓管，是用0.3mm不銹鋼板滾壓成型，再用接觸焊焊制。此波紋管波高3mm，波距7mm。為了消除波紋管的機械應力，曲線節(jié)在真空爐中加熱到800℃，進行真空退火。
相似結構的真空室還用于能量76GeV的質子同步加速器中。加速器真空室共有120段，每段長約11m。曲線節(jié)是橢圓形截面焊接波紋管，軸長分別為195m及115mm，波高為5. 8mm，波距為10.8mm，壁厚為0.4mm，材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼。
同步加速器橢圓形截面真空室，在靜截荷（大氣壓、安裝截荷）和動載荷（電磁鐵振動）聯(lián)合作用下，材料產生復雜的應力，又要受到渦流加熱。因而，建造這種薄壁真空室時，必須仔細核算真空室壁的持久強度及穩(wěn)定性。
電子同步加速器便采用了這類材料。加速器每段由48個曲線節(jié)構成，其截面為橢圓形，軸長分別為120m及42mm，長為380mm。曲線節(jié)里布有金屬骨架，并有徑向切口，口寬為0.3mm—0.5mm，節(jié)距為12mm，骨架壁厚1.5mm。切口尺寸及位置的選擇需考慮對磁場影響。金屬骨架的外面是環(huán)氧樹脂粘接的玻璃纖維層，此層是在專用設備上，在150℃—160℃溫度下，經28h加熱壓制而成的。覆蓋層1mm厚便可以滿足當時氣密性要求。但是真空室運轉了四年，發(fā)現(xiàn)氣密性變差，改為氧化鋁陶瓷材料。陶瓷成分為97%A1203，1.5%SiO2，以及少量的Mn0、Mg0、Ti02。每個曲線節(jié)長350mm，兩端封接銅鎳合金管，再用等離子體焊制成大的曲線節(jié)，每節(jié)長3700mm。陶瓷內壁涂有金屬層，電阻約40Ω，此電阻兼做電阻式加熱器，用于烘烤。真空室可拆卸部分，用截面直徑2mm鋁絲密封。同步加速器真空室很長，制造時需要分為若干段，分別時應考慮抽氣機組的布置，以改善真空室中的壓力分布。有的真空室使用嵌入式濺射離子泵，可以得到每米100L/s的抽速。這樣，既利用了磁極的邊緣磁場，又改善了壓力分布。
電子貯存環(huán)（即高能電子同步加速器）由于存在較強的同步輻射，高通量光子打到真空室壁上，能量密度高達10kW/cm^2。因而，真空室必須采用水冷卻，把熱量帶走。此外，同步輻射還會使真空室壁產生激發(fā)解吸，比通常的熱解吸高得多。如束流在真空室回旋時，系統(tǒng)的壓力可升高三個數(shù)量級。
在大型電子貯存環(huán)中，有時瞬時束流高達2000A，這種高強束流在真空室截面變化處，如波紋管、法蘭等可能產生激發(fā)式高頻寄生損失，將導致來流不穩(wěn)定及真空元件過熱。為此電子貯存環(huán)的真空室不能設計成不規(guī)則或有臺階的。真空室截面變化處要有良好的水冷。
