Распределенная криосорбционная откачка в холодных вакуумных камерах современных коллайдеров

• Автор: Достовалов, Родион Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ГЛАВА 1. КРИОСОРБЦИОННАЯ ОТКАЧКА В ВАКУУМНОЙ КАМЕРЕ КОЛЛАЙДЕРА С ЭКРАНОМ ПУЧКА

1.1. Анализ динамической плотности остаточных газов

1.2. Оценка требуемой емкости криосорбера

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК

2.1. Стенд для криосорбционных исследований в конфигурации вакуумной камеры ЬНС

2.2. Модернизация стенда для исследования образцов новых криосорбирующих материалов

2.3. Приборы и их калибровка

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД

3.1. Выбор метода проведения экспериментальных исследований

3.2. Количественное определение потока и количества инжектированного газа. Измерение давления в тест-камере

3.3. Измерение проводимости инжекционного канала

3.4. Измерения адсорбционных характеристик

ГЛАВА 4. ПОИСК ПЕРСПЕКТИВНЫХ КРИОСОРБИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АДСОРБЦИИ ВОДОРОДА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ КРИОСОРБЕРА МЕЖДУ 10 И 20 К
4.1. Выбор криосорбирующих материалов для коллайдеров
4.2. Изготовление и описание исследованных образцов криосорбирующих материалов
4.3. Исследования адсорбционных характеристик криосорберов
4.4.Экспериментальные результаты измерения свойств криосорберов
4.5. Обсуждение результатов
ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИОСОРБЕРОВ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОТКАЧКИ ГАЗОВ В КРИОГЕННЫХ ВАКУУМНЫХ КАМЕРАХ КОЛЛАЙДЕРОВ
5.1. Исследования вакуумных свойств прототипа криогенной вакуумной камеры коллайдера с экраном пучка с криосорберами на основе углерода
5.2. Экспериментальные результаты
5.3. Крепление криосорберов в коллайдере
5.4. Выводы и обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
В развитии современной ускорительной техники проявляются две характерные тенденции - увеличение интенсивности и энергии пучков. С ростом энергии пучков уменьшение размеров накопителей заряженных частиц становится возможным при использовании сверхпроводящих магнитов, позволяющих получать более сильные, по сравнению с теплыми магнитами, поля. Однако увеличение интенсивности и энергии пучков наряду с усилением магнитного поля приводят к росту интенсивности синхротронного излучения (СИ) и, как следствие, к более активной стимуляции СИ различных физических процессов, в частности, десорбции газа со стенок вакуумной камеры.
В 1977 в России, в 1986 в США ив 1991 в Европейском Центре Ядерных Исследований (CERN) в Швейцарии появились проекты создания ускорителей нового поколения - протонных суперколлайдеров ТэВ-ного диапазона энергий, использующих сверхпроводящие магниты (SSC в США: энергия частиц Е=2х20 ТэВ, периметр вакуумной камеры П=83 км; УНКв ИФВЭ: Е=2хЗ ТэВ, П=21 км; LHC в CERN: Е=2х7 ТэВ, П=27 км) [1, 2, 3]. В настоящее время в мире разрабатываются также и другие проекты новых ускорителей с сверхпроводящими магнитами (например, “Proton Driver for Super Neutrino Beam”, FNAL, CIUA [4]). В подобных проектах большая часть вакуумной камеры проходит внутри криогенной системы сверхпроводящих магнитных элементов. В таком случае разумно, чтобы вакуумная камера также
комнатной температуре. В выражении (49) все параметры должны входить при одинаковой температуре. Для изменения скорости инжекции газа используются разные уровни потоков. При измерении адсорбционных характеристик в динамическом режиме при постоянных Qi число адсорбируемых молекул и Р, измеряются как функция времени.
В равновесном режиме сорбционная емкость определяется по тому моменту, когда равновесное давление начинает быстро расти с увеличением общего объема адсорбированного газа. Однако на практике прямые измерения равновесного давления с целью определения сорбционной емкости затруднены, т. к. вакуумная система длительное время возвращается в равновесное состояние после прекращения инжекции. Согласно [58], в области сверхвысокого вакуума это время может составлять сотни часов.
В динамическом режиме, когда криосорбер насыщается, £ снижается, и Р, начинает быстро расти. Одновременно неадсорбировавшийся газ приводит к быстрому увеличению в тест-камере равновесного фонового давления 1%,. Разница АР,=РГР^ становится намного меньше их значений, т.е. кривая динамического давления приближается к кривой роста равновесного давления, или изотерме, описываемой уравнением (33). Согласно (33), при продолжении инжекции газа Р, растет до тех пор, пока не достигнет давления насыщенных паров Н2 для наиболее холодной части камеры (в зависимости от эксперимента, это экран либо стенки тест-камеры), и остается на этом уровне.