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      同步加速器真空室

      設計同步加速器真空室的主要參數有:孔徑、工作壓力、抽氣設備布局、輻射條件、主導磁場特性等。而這些原始數據是由加速器物理方案及技術經濟效果統籌考慮來確定的。
      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:
      ①在磁鐵間隙中設置真空室時,應該考慮對磁場干擾最小,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。
      ②真空室器壁有足夠的導電性,以傳走人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。
      ③真空室壁要薄,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。
      ⑤器壁材料在粒子輻射下,機械性能、電學特性、磁特性要穩定。
      ⑥真空室工藝要簡單,檢修方便,造價要低。滿足上述要求最好是薄壁波紋管狀真空室,波紋管材為1Cr18Ni9Ti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及相同數量直線節構成。大部分曲線節是橢圓形截面,軸長分別為114m及84mm,兩端焊上法蘭,總長約2m。除橢圓管外,還有圃管,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,曲線節在真空爐中加熱到800t,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llm。曲線節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定性。
      在電子同步加速器中,加速循環頻率變為10Hz。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 EPI 1電子同步加速器便采用了這類材料。加速器每段由48個曲線節構成,其截面為橢回形,軸長分別為120m及42mm,長為380mm。曲線節里布有金屬骨
      架,并有徑向切口,口寬為0.3mm^-0.5mm,節距為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載樹脂枯接的玻瑞纖維層,此層是在專用設備上,在150℃一1601溫度下,經28h加熱壓制而成的。硯蓋層1mm厚便可以滿足當時氣密性要求。但是真空室運轉了四年,發現氣密性變差,改為氧化鋁陶瓷材料。腳瓷成分為97%A1203,1.5%Si02。以及少A的MnO.MgO,TtOO。每個曲線節長350mm,兩端封接鋼鎳合金管,再用等離子體焊制成大的曲線節,每節長3700mmo陶瓷內壁涂有金屬層,電阻約4013,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。有的真空室使用嵌人式濺射離子泵,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(即高能電子同步加速器)由于存在較強的同步輻射,高通童光子打到真空室壁上,能I密度高達10kW/cm2。因而,真空室必須采用水冷卻,把熱里帶走。此外,同步輻射還會使真空室壁產生激發解吸,比通常的熱解吸高得多。如束流在真空室回旋時,系統的壓力可升高三個數t級。
      在大型電子貯存環中,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式高頻寄生損失,將導致來流不穩定及真空元件過熱。為此電子貯存環的真空室不能設計成不規則或有臺階的。真空室截面變化處要有良好的水冷。


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