CERN质子交叉存储环真空系统

欧洲核研究中心（CERN）的交叉存储环（ISR）是质子对撞机，其存储极限电流为27A。该设备具有两个环形真空室，两个环均为“ ldquo”（图8），环的直径约为300m。要求环中旋转的质子在24小时内几乎没有损失，因此需要高度真空。原始设计要求真空度为10 ^ -7Pa，但从目前的实验结果来看，真空度必须高于1倍，即10 ^ -8Pa，否则会缩短储存时间并限制质子通量。真空室的横截面为椭圆形，轴向长度分别为160mm和55mm，每个环的周长约为1km。真空室由不锈钢制成，壁厚为2mm。将不锈钢板在真空炉中加热到900°C加热2h进行脱气，这可以减少不锈钢中的氢含量。将由该不锈钢板制成的真空室在150℃至200℃下烘烤2小时，并且氢气的脱气率为1.3Pa。 L / Cm2middot，smdash，2.6x，10 ^ -11Pa.L / Cm2middot，s，比未经处理的不锈钢小一个数量级。在安装真空室之前，因为在热应力的作用下很容易发现泄漏，所以在300°C进行泄漏检测。在改变真空室的横截面的地方，将形成波导和谐振腔，产生不希望的振荡并引起光束波动。为了抑制这种振荡，在真空室的每个关键点都安装了电阻。该电阻器由直径为30mm，长度为80mm〜200mm的镍管制成，采用真空蒸发镍铬合金制成。安装后，光束的存储时间大大增加。在设计真空室时，还应考虑到光束有时会突然撞击设备的壁，导致壁过热和损坏，因此需要提供防膨胀装置。真空系统使用300台三极溅射离子泵作为泵送空气的主泵，并设置了500台钛热升华泵以提高真空度。对于溅射离子泵的预泵送，选择了70个涡轮分子泵单元，其抽速为70L / s。在环中的八个光束交叉点处，抽速为2倍的低温泵，104L / S低温泵，钛升华泵和升华泵。钛可以直接蒸发到真空室的壁上，并且这里的压力可以在几个月内维持1次，10 ^ -9Pa。真空测量是使用500台B-A调制仪表进行的，并安装了36台质谱仪以进行残留气体成分分析。为了检修系统，真空室每隔70m分成40个气动闸阀分成几部分。阀板用钛皮密封。该阀可开关500次，仍具有良好的密封性能。在存储环的初始操作期间，当束电流增加到一定值时，过真空度突然恶化，从而导致存储束电流迅速下降。原因是由于束和残留气体之间的碰撞而产生的离子撞击壁，从而使吸附在壁上的气体分子被激发和解吸，并且真空度降低，产生更多的离子，并产生更多的气体。被发射，导致“雪崩”过程。质谱分析表明，解吸的气体包含40％的氢，40％的二氧化碳，10％的水蒸气和10％的碳化合物。后来，增加了钛热升华泵，改进了系统烘烤过程，使真空度提高到1倍，10 ^ -9Pa，这种现象再也没有发生。对撞机的存储环不仅需要超高真空的环境条件，而且还很好地消除了质子势能中的电子，以防止电子束变成中性并影响存储环中压力的稳定性。实践证明，通过去除电极可以消除质子势阱中的电子。此外，由电子俘获绝缘材料产生的Ca0和SiO2尘埃颗粒也会影响电池中压力的稳定性。环，必须采取某些措施将其卸下。