CERN質(zhì)子交叉貯存環(huán)真空系統(tǒng)
歐洲核子研究中心(簡稱CERN)的交叉貯存環(huán)(ISR)是質(zhì)子對撞機，環(huán)中貯存極限電流為27A。此裝置有兩個環(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)計要求真空度為10^-7Pa，但從目前實驗結(jié)果來看，真空度必須高于l×10^-8Pa，否則不僅貯存時間縮短，質(zhì)子流強也受到限制。
真空室截面為橢圓形，軸長分別為160mm及55mm，每個環(huán)周長約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數(shù)量級。真空室安裝前在300℃溫度下分段檢漏，因為在熱應(yīng)力作用下，易發(fā)現(xiàn)漏孔。
真空室截面有變化的地方，將會形成波導和諧振腔，產(chǎn)生不希望的振蕩，使束產(chǎn)生波動。為抑制這種振蕩，在真空室各臨界點上裝有電阻器。電阻器是用直徑30mm，長80mm～200mm的瓷管在真空中蒸鍍鎳鉻合金制成的，裝上之后，使束的貯存時間顯著增大。在設(shè)計真空室時，還應(yīng)考慮到束流有時可能突然打到器壁上，使壁過熱而損壞，需要設(shè)置防擴裝置。
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個鈦升華泵。濺射離子泵的預(yù)抽選用了70個抽速70L/s的渦輪分子泵機組，在環(huán)中八處束交叉點還配有抽速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，幾個月內(nèi)使此處壓力保持1×10^-9Pa。真空度測量用500臺調(diào)制B-A計，安裝了36個質(zhì)譜計用于殘余氣體成分分析。
為了檢修系統(tǒng)，用40個氣動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)初期運轉(zhuǎn)中，當束流增加到一定值時，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了系統(tǒng)烘烤過程，使真空度提高到1×10^-9Pa，再沒有發(fā)生過這種現(xiàn)象。
對撞機的貯存環(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)子勢阱中的電子，防止束流變?yōu)橹行?，影響貯存環(huán)中壓力的穩(wěn)定性。實踐已證明，質(zhì)子勢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，軸長分別為160mm及55mm，每個環(huán)周長約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數(shù)量級。真空室安裝前在300℃溫度下分段檢漏，因為在熱應(yīng)力作用下，易發(fā)現(xiàn)漏孔。
真空室截面有變化的地方，將會形成波導和諧振腔，產(chǎn)生不希望的振蕩，使束產(chǎn)生波動。為抑制這種振蕩，在真空室各臨界點上裝有電阻器。電阻器是用直徑30mm，長80mm～200mm的瓷管在真空中蒸鍍鎳鉻合金制成的，裝上之后，使束的貯存時間顯著增大。在設(shè)計真空室時，還應(yīng)考慮到束流有時可能突然打到器壁上，使壁過熱而損壞，需要設(shè)置防擴裝置。
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個鈦升華泵。濺射離子泵的預(yù)抽選用了70個抽速70L/s的渦輪分子泵機組，在環(huán)中八處束交叉點還配有抽速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，幾個月內(nèi)使此處壓力保持1×10^-9Pa。真空度測量用500臺調(diào)制B-A計，安裝了36個質(zhì)譜計用于殘余氣體成分分析。
為了檢修系統(tǒng)，用40個氣動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)初期運轉(zhuǎn)中，當束流增加到一定值時，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了系統(tǒng)烘烤過程，使真空度提高到1×10^-9Pa，再沒有發(fā)生過這種現(xiàn)象。
對撞機的貯存環(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)子勢阱中的電子，防止束流變?yōu)橹行?，影響貯存環(huán)中壓力的穩(wěn)定性。實踐已證明，質(zhì)子勢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。
