Xi PAF重离子同步加速器超高真空系统设计

摘要

在重离子同步加速器运行过程中需要维持超高真空，降低束流与残余气体的碰撞概率，从而提高束流寿命。具体要求一般为：真空管道内的平均真空度达到超高真空度(10^–10 Pa量级)，并且管道内各处真空度均优于设计值。本文研究了重离子同步加速器中超高真空系统的实现方法，即使真空泵不能均匀分布在束线上，也可以实现真空管道内各处真空度均优于设计指标。采用的主要技术路线是，降低束流管道材料的比放气率，同时增大真空泵组的抽速。具体实施方案是：通过在真空管道内表面镀非蒸发型吸气剂（NEG）薄膜及高温烘烤真空管道降低束流管道材料的比放气率；设计使用大抽速钛升华泵（TSP）以增加真空泵抽速。其中，NEG镀膜技术既可以阻隔真空管道内壁的放气，又有吸气的效果，可以提高真空管道内各处的真空度。以上超高真空系统实现方法已应用于西安200 MeV质子应用装置（XiPAF）重离子升级工程中的重离子同步加速器的真空系统设计。真空管道内表面的NEG薄膜的吸速为0.5 L/（s·cm²）；在重离子同步加速器上配置36台钛升华泵，每台钛升华泵对氢气的有效抽气量为2 200 L/s；应用Molflow+软件模拟XiPAF重离子同步加速器真空管道内部的真空度分布。通过设计优化，计算表明该加速器在运行时预计平均真空度可以小于5×10^–10 Pa，沿环形管道各处的真空度也均小于5×10–10 Pa，满足同步环物理设计要求。

关键词

重离子同步加速器 / 超高真空系统 / 钛升华泵 / 比放气率 / NEG薄膜