Исследование и прогнозирование динамической плотности остаточных газов в вакуумных камерах современных ускорительно-накопительных комплексов

• Автор: Краснов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Глава 1. Вопросы прогнозирования динамической плотности
остаточных газов
1.1. Требования на степень разрежения
1.2. Уравнение динамической плотности и источники газовой
нагрузки
1.3. Синхротронное излучение (СИ)
1.3.1. Параметры СИ
1.3.2. Фото-стимулированная десорбция
1.3.2.1. Десорбция при комнатной температуре
1.3.2.2. Десорбция при криогенных температурах
1.4. Электронные облака
Глава 2. Экспериментальные исследования взаимодействия
синхротронного излучения с поверхностью
2.1. Десорбция крио-сорбированных молекул
2.2. Распределение фотоэлектронов по сечению
камеры LHC
2.3. Исследование геттерного покрытия TiZrV
2.3.1. Установка для фото-десорбционных исследований
2.3.2. Экспериментальные вакуумные камеры
2.3.3. Методика измерений
2.3.4. Чувствительность измерений
2.3.5. Активация геттера
2.3.6. Экспериментальные результаты
2.3.7. Эксперименты с частично непокрытой камерой
2.3.8. Фото-стимулированная активация геттера
2.3.9. Температурные зависимости вакуумных свойств TiZrV
2.3.10. Эксперимент с отключением внешней откачки
Глава 3. Практическая реализация вакуумных камер
3.1. Вакуумная камера пучка в сверхпроводящих дипольных магнитах LHC
3.1.1. Эффективность удаления молекул водорода
3.1.2. Динамическая плотность водорода
3.1.3. Динамическая плотность СО и других компонент остаточного газа
3.1.4. Тренировка поверхности экрана электронами
3.1.5. Модификация поверхности с целью подавления вторичной эмиссии электронов
3.2. Вакуумная камера пучка в сверхпроводящих квадрупольных магнитах на прямолинейных
участках LHC
3.3. Вакуумные компоненты секций затухателей пучка источника СИ третьего поколения PETRA III (DESY)
Заключение
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Литература

Развитие ускорительной техники в сторону увеличения энергии и интенсивности пучков ускоряемых частиц всегда накладывало определенные, весьма жесткие требования на вакуумные системы ускорителей. Поэтому для решения задачи обеспечения требуемого по времени жизни сверхвысокого динамического вакуума в малоапертурных протяженных камерах ускорителей с жесткой фокусировкой были реализованы специальные решения. Одним из таких решений является применение встроенных магнито-разрядных насосов [1,2], работающих в собственном магнитном поле накопителя.
Другим решением было использование криогенных методов откачки. Интегрирование криогенной системы сверхпроводящих магнитов и вакуумной камеры распространения пучка оказалось весьма удачной, поскольку холодные стенки камеры послужили практически идеальным распределенным крио-насосом. Здесь внешние системы откачки необходимы только для предварительного удаления молекул воздуха до давлений 10'4-И0'5 Topp. Однако достаточно интенсивное синхротронное излучение (СИ) в адронных коллайдерах ТэВ-ного диапазона (SSC, LHC) существенным образом влияет на характер поведения плотности остаточного газа в криогенной камере. Комплексные исследования [3,4,5,6], проведенные в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ) совместно с вакуумными группами SSC и LHC, позволили определить основные особенности конструкции криогенных вакуумных камер коллайдеров. В вакуумной камере необходимо использование специальной перфорированной вставки - экрана пучка - для снижения тепловой нагрузки на криогенную систему магнитов, обусловленной энергией СИ, вторичных электронов и индуцированного тока на стенках канала пучка. Экран должен активно охлаждаться газообразным гелием, что обусловлено нестабильностью температуры экрана под действием СИ. Конструкция экрана должна

Эксперименты при критической энергии Ес=50 [эВ] проведены только для Н2 и СО. При такой энергии потребовалось в восемь раз увеличить время облучения подложки для накопления требуемой дозы. Соответственно снизилась точность метода, поскольку в процессе облучения наряду с десорбцией происходит конденсация молекул на холодную подложку. Прямые измерения количества конденсированного газа на изначально чистую подложку определили точность измерения коэффициента десорбции в пределах ± 30%. Кроме того, до начала каждого эксперимента, измерялась скорость откачки соответствующего газа. При открытом клапане, по трубке пропускался заданный поток газа, и измерялось изменение парциального давления этого газа. Тогда скорость откачки определяется из соотношения:
с_ %
В процессе облучения так же происходит изменение давления соответствующее потоку десорбированных молекул. Таким образом, коэффициент вторичной десорбции можно определить из уравнения:
2.1
АР, Г
Коэффициенты, определенные из этой формулы оказались в хорошем соответствии с коэффициентами определенными основным методом. В пределах точности данного метода, отсутствует зависимость коэффициента вторичной десорбции от энергии фотонов в диапазоне 50 %500 эВ.
Принято считать, что фотонно-стимулированная десорбция, в основном, происходит за счет взаимодействия фотоэлектронов с молекулами сорбированного газа. Как показали исследования фотоэлектронной эмиссии [50], проведенные на монохроматоре TGM7 (BESSY), квантовый выход низкоэнергетичных электронов (Е<10 [эВ]), представляющих собой более 70% всех фотоэлектронов, практически не зависит от энергии фотонов. Поскольку