钛升华泵在提高同步辐射环真空度上的作用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中科院高能物理研究所 作者:肖琼

  BEPCII同步辐射要求储存环真空室在束流运行时具有较高的真空度,而在供光初期由于束流清扫不够,往往难以达到足够高的真空度,因而束流寿命较低。通过激活同步辐射储存环上的钛升华泵可以明显提高真空度,从而改善束流寿命。

  2008年2月25日至3月28日,北京正负电子对撞机(BEPCII)为同步辐射用户供光。加速器实现同步辐射设计值(2.5GeV,250mA)运行,定时注入,束流性能和供光效率显著提高。本轮供光前,同步辐射环有一半的真空区段暴露过大气,其中绝大部分真空盒没有经过烘烤除气。在无束流时全环的平均压强大约是2.0×10-10Torr,注入束流后的平均压强是1.14×10-9Torr。在这种真空条件下,180mA 2.5GeV 的束流寿命只有不足4h。由于调束完毕后立刻正式供光,没有足够的时间来用束流清扫真空室,要在供光期间维持较高的真空度,需要投入大抽速的泵来抽除同步光解析的气体。钛升华泵是大抽速泵中无油、结构简单且运行费用最低的泵,用钛升华泵作为辅抽泵使得在整个加速器环上投入较低的费用就能解决高能量、大流强运行时真空度变差的问题。我们通过定期激活安装在真空系统上的钛升华泵加快了真空度的提高,满足了同步辐射供光的要求。

1、供光前期的真空清扫

  从2008年2月13日恢复同步辐射调束,到正式为用户供光时,积分流强累计将近40A·hour,真空内壁在这期间得到了同步辐射光的清扫。在2.5GeV、180 mA条件下观察全环24个测量点的压强,并计算平均值,得到平均压强随积分流强增加而逐渐降低的曲线(图1)。当积分流强接近40A·hour时,平均压强已从1.14×10-9Torr 下降到了8.58×10-10Torr,束流寿命达到8h,此时图1中下降的平均压强曲线基本趋于平缓, 真空清扫的效果已经不太明显,要以束流清扫的方式进一步提高真空度需要花很长的时间。为了在较短时间内提高真空度,有必要启用安装在储存环真空系统上的钛升华泵。

前40A·hr储存环真空清扫情况

图1 前40A·hr储存环真空清扫情况

2、同步辐射中钛升华泵的使用

  BEPCII同步辐射环周长约240m,弧区分布有42个钛升华泵。弧区采用的是带抽气前厅的真空盒,钛升华泵的泵壳通过CF150法兰安装在抽气前厅(图2)。采用γ 公司的泵芯和上海三井真空设备有限公司的电源,该泵芯对CO的抽速与吸气量的关系如图3。

泵壳尺寸示意图

图2 泵壳尺寸示意图

泵芯对CO的抽速与吸气量的关系

图3 泵芯对CO的抽速与吸气量的关系

  在本轮供光的一个月中,我们利用每周例行的机器检修时间以及故障停机时间,将钛升华泵总共激活了6次,每次钛丝升华电流48mA,维持3~4min。

3、钛升华泵对全环真空的改善

  分别记录束流在245mA和180mA时的全环各处压强,并计算平均压强,画出平均压强随积分流强变化的曲线如图4。其中,对应180mA的曲线包含了图1中供光前真空清扫期间的数据,以便比较。可以看到每条曲线中平均压强都有6个明显的台阶式的下降,这正是激活升华泵前后的平均压强变化。到供光结束时,全环平均压强从供光开始时的8.58×10-10Torr下降到了5.34×10-10Torr,180mA 2.5GeV的束流寿命达到了将近11h(图5)。

钛升华泵对真空度的改善

图4 钛升华泵对真空度的改善

束流寿命的相应改善

图5 束流寿命的相应改善

4、结论

  通过以上实验数据可以看出升华泵能有效提高同步辐射装置在高能量、大流强运行时的真空度,从而改善束流寿命,提高供光效率。

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