Технические требования
на разработку пучковых вакуумных камер Бустера
В рамках реализации ускорительного комплекса НИКА в Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ осуществляется создание бустерного синхротрона (Бустер) проекта НИКА. Вакуумные условия в пучковой камере Бустера определяются временем жизни ионов золота Au31+ при ускорении от энергии инжекции 3 МэВ/н до энергии вывода пучка из Бустера порядка 600 МэВ/н. Процесс ускорения и формирования необходимых параметров пучка осуществляется в течение 2 секунд, что в итоге определяет необходимое среднее значение вакуума по периметру Бустера на уровне 10-11 Торр.
Получение сверхвысокого вакуума в пучковой камере Бустера накладывает определенные требования на процесс изготовления и эксплуатации вакуумных камер, а так же на выбор средств откачки вакуумной камеры. В основном пучковая камера находится при криогенных температурах (температурах близких к температуре жидкого гелия или жидкого азота), что определяет состав остаточного газа, который в основном состоит из атомов или молекул водорода. Бустер имеет два участка при комнатной температуре (система электронного охлаждения и ВЧ станции), вакуумные камеры которых разрабатываются непосредственными исполнителями этих участков.
Вакуумные материалы и изделия
Для изготовления высоковакуумных камер должны использоваться материалы, которые с одной стороны имеют низкое значение парциальных давлений насыщенных паров при комнатной температуре (менее 10-9 Торр), т. к. до захолаживания до криогенных температур вакуумные камеры находятся при комнатной температуре при давлении остаточного газа порядка 10-8 Торр. Наличие материалов с высоким значением парциальных давлений насыщенных паров приведет к их распространению по всему периметру Бустера и затруднит достижение сверхвысокого вакуума даже после захолаживания до криогенных температур.
С другой стороны материалы вакуумных камер и их соединений должны выдерживать охлаждение до криогенных температур, которое осуществляется в течение нескольких суток.
В Приложении 1 будет приведен примерный список материалов, которые рекомендуется и не рекомендуется использовать при разработке пучковых вакуумных камер Бустера (в том числе с учетом магнитных свойств материалов). В Приложении 2 будет приведен список рекомендуемых стандартных изделий, которые следует использовать при разработке вакуумных камер (фланцы, сильфоны, изоляторы и т. д). Приложение 3 будет содержать список характеристик и габаритных размеров геттерных насосов, которые предполагается использовать в пучковой камере. В каждом конкретном случае необходимо согласование с ответственными за вакуумную систему Бустера.
Подготовка камер
При изготовлении вакуумных камер стенки камер должны быть подготовлены в соответствии со стандартами на изготовление высоковакуумных изделий, а сами вакуумные камеры должны проходить предварительный отжиг в вакуумных печах при температуре от 9000С в течение 2 часов, что позволит существенно снизить натекание водорода из материалов вакуумных камер. В Приложении 4 будут приведены основные стандарты на разработку и изготовление высоковакуумных камер.
Если вакуумные материалы не позволяют производить предварительных отжиг при температуре 9000С, то применение таких изделий может потребовать установку дополнительных средств откачки, что специально должно согласовываться с ответственными за вакуумную систему.
Вакуумные камеры, находящиеся в рабочем режиме при криогенных температурах, не требуют предварительного прогрева перед захолаживанием всего ускорителя. Вакуумные камеры, находящиеся в рабочем режиме при комнатной температуре (вакуумные посты, каналы транспортировки пучка в / из Бустера и т. д.), должны прогреваться при температуре не менее 2500С в течение 36 часов.
В итоге: материалы и конструкция вакуумных камер должны выдерживать в течение длительного времени либо нагрев до 2500С либо охлаждение до 50К.
Следует дополнительно описать технологии подготовки поверхностей вакуумных камер, требования на сварные швы и требования на транспортировку вакуумных камер.
Средства откачки
Вакуумные посты используются для достижения предварительного вакуума перед захолаживанием ускорителя, а так же для откачки гелия и водорода в рабочем режиме Бустера. Вакуумные посты располагаются равномерно вдоль периметра Бустера в районе блоков квадупольных линз на расстоянии около 9 м. Ввиду малого поперечного сечения пучковой камеры Бустера (эллипс 130 х 69 мм), проводимость вакуумной камеры составляет всего 30 л/с на расстоянии 9 м, что не позволяет достигнуть среднего значения вакуума по периметру Бустера на уровне 10-11 Торр с использованием только постов откачки.
Пучковые камеры, которые располагаются внутри сверхпроводящих магнитов, в рабочем состоянии находятся при температуре близкой к температуре жидкого гелия (10–200К). При данной температуре парциальные давления насыщенных паров практически всех элементов ниже 10-11 Торр за исключением неона, гелия и водорода, что позволяет использовать стенки этих камер в качестве криогенных насосов. Гелий может появляться в пучковых камерах в основном из изоляционного объема через вакуумные уплотнения, что возможно избежать при качественной сборке вакуумной системы.
Водород поступает в камеру непосредственно из материалов вакуумных камер и требует дополнительных средств откачки, распределенных вдоль пучковой камеры Бустера. В качестве средства откачки водорода предполагается использование нераспыляемых геттеров (NEG – non evaporable getter), расположенных по возможности во всех промежутках между сверхпроводящими магнитами (в том числе и в вакуумных постах). В промежутках вне вакуумных постов геттерные насосы располагаются непосредственно в вакуумных камерах устройств, которые находятся в данных промежутках (пикап станции, ВЧ станции, кикеры и т. д.).
Гетеррные насосы не работают при температурах близких к температуре жидкого гелия, для чего необходимо обеспечить тепловую развязку вакуумной камеры геттера, чтобы обеспечить поддержание температура геттера на уровне температуры жидкого азота 770К (‑1960С). Эта же тепловая развязка должна позволить производить активацию геттеров при температуре 250-3500С в течение нескольких часов перед захолаживанием ускорителя
СОСТАВЛЕНО: _____________________ ______________________ | СОГЛАСОВАНО: ___________________ _______________________ ______________________ |
