8对掎区真空系统改进董海义，宋洪，林绍鸾，彭晓华，齐铁柱，张丛军，李琦中1科学院他物押研所，北京loo039用于高能物理实验的谱仪探测器的本底，因此提高对撞区的真空度非常重要。本文提出了在靠近对撞点的附近安装泵用于提高对撞区真空度的方案，并且用经典的数学计算方法和蒙特卡洛模拟计算方法预测了安装0泵的效果，同时在实验中证明了通过1栗改善对撞区真空度的可行屯通过对8.对撞区真空系统的改进，使80对撞区静态压强由原来的8103下降到2.7IOsP3o北京正负电子对撞机8是大型的高能物理实验装置，它主要由电子直线加速器储存环北京谱仪探测器组成由电子直线产生的能量为1.1 1.40的正负电子，分别经过两条束流输运线进入到储存环并沿相反方向运转。在储存环中正负电子从高频腔中继续获得能量，当能量增加到2.86时，正负电子开始在对撞点碰撞，通过对撞区中的谱仪探测器可以进行微观粒子实验研而影响探测器探测效率的主要因素之是束流与残余气体的相互作用。束流与气体间的初致辐射将导致束团中的粒子失去部分能量，离探测器较近的低能量粒子被静电分离器或极铁过度偏转打在附近的真空盒上。并穿过真交盒进入探测器内部形成探测器本底束流与气体间的库仑散射虽然不能使束团中粒，的能咕咸少，但可改变粒的运动方向，使粒子产生较大的振幅，从而丢失这些丢失的粒子很可能打在对撞点附近的真宁盒。并引起探测器本底从上面的分析可以看到，提高对撞区真空度，减少束流与残余气体的相作用。对于减小谱仪探测器的本底仃非常重耍的意义为提对撞1空度，根据国际上其它加速器的经验，般采用离子泵与低温泵钛升华泵或吸气剂泵复合使用的方式1提高对撞区真空度的方案为了提对撞区的真空度，目前采用的方法主耍有种第种坫利气体分撞至液氦冷却的面后，被该面凝聚或捕集，从而使被抽空间的压强大大降低，达到提高真空度的目的。由这种原理制成的泵叫低温泵第种是利用钛升华器蒸发出的钛覆盖在泵壳的内面，构成吸气薄脱。对气体进行清除作用，由此方法制成的泵叫钛升华栗第种方法是利用吸气剂材料的容积吸气方式抽除真空系统的残余气体，1这种原理制成的泵叫吸气剂用这种泵之成配合离子泵使用从原理上说都可以提高对撞区的极限真空，但采用那种泵更有效方便经济需要进行研究通过对溅射离子泵低温冷凝泵钛升华泵和非蒸散型吸气剂泵的结构原理件能特点分析。可以看空盒上再增加6个溅射离子泵，大约6.10，的极限压强可获得。
通过以上分析可以看到，在3宰睬婵系统中安装非蒸散型吸气剂泵0泵用来提高对撞区真空度是较好的方法2理论计算由于大多数真空室的直径都很大，故可以认为真空室内部压力分布均匀，但像加速器类真空系统，真空盒又细又长，真空室内部压力是不等的，对于这样的真空系统般使用分布泵或集中泵来抽气，1为段真空盒的抽气结构到，为了获得极高真空，光靠溅射离子泵是很难达到的。因为在极高真空下离子泵的放电电流减小，因而抽速也下降，同时被抽的惰性气体也容易释放出来，因此在极高真空范围，采用离子泵的主要目的是抽除其它吸附型泵如钛升华泵非蒸散型吸气剂泵不能抽除的气体如惰性气体。低温冷凝泵尽管抽速大极限真空高，但由于要使用液氦和液氮两种致冷剂，同时要防止室温对冷壁面的辐射，因此在储存环中在没有使用超导磁铁的情况下，般也单浊准备制冷设备来为低温提供工作液，以免提高赀甩为了提商蹲睬恼婵斩龋梢圆捎迷付撞区真空系统增加钛汗华泵或非蒸散吧吸气剂强分布假定整个真空室内的出气是均匀的，抽气处于稳态。两个泵口之间距离为，符效抽违为5.，压强为位长度的流导为13，笮位长度的而他枳为。出气率为泵的方法，根据我们实验嗜的经验，在6.7左右的宁系统中，钛蒸发在常温的泵壳内提面，钛升华的讪气效见不欠明显；只有泵壳外壁加液氮后，才有较明显的抽气效果，极限真空可达到l.KKfPa而在对撞机运行期间，加液氮是不容易实现的储存环真宁系统中要的残余气体是化10而非蒸散型吸气剂对14和0都有很大的抽速，非蒸故型吸气剂村料可以制成不同的形状安装在加速器束流管道中，以获得有效的的抽选吸气剂泵结构简单本积小造价低操作安全可因此根据边界条件可以求得尸⑷山方程41可以求出大手强为靠维修方便清洁无油，它与溅射离子泵配合使用可以提高系统的极限真空。根据文献记载5，在0的加速器上根121长的，真空盒经过150烘烤后，米用分布式吸气剂栗和个0.03刹离子泵，可以获得大约2.71013的极限压强，影响极限压强进步降低的主要因素是均压强为从上面的公式可知，为了提尚1区段的真空度可以采用的方法如下减少材料面的放气率1免。斤除。通过在12，亭。6缩短栗间的距离提高泵的抽速北京谱仪中的真空盒可以简化成上述的1区段真空系统的抽气结构，对撞点在1=12处，是压强大的地方。为了改辨谱仪真宁盒的真空度，采用前种方法由于受到谱仪和加速器其它部件的限制，比较难实现，因此在尽量靠近谱仪的地方安装大抽速的抑0泵是好的选搔2为0栗在对撞的安装位置5面采用3刚编成的1.脎软件付3，⒋婊范宰睬婵障低车难骨糠植甲瞿D饧算3为计算机模拟的对撞区真空盒压力分布由1线，其中纵十标为乐强仇。横吧私为到对撞点的距离，原点取为对撞点，9.731为对撞点到靠近它的第个区段阀门的距离。
根据式5可求出对撞点处的压强为从模拟结果看，在对撞点的压强为5.5厂7，这勾经典4兑结采6.610，比较接近；模拟计算谱仪中管道的平均压强为3.豕10，经谱仪中真空管道的平约压强依据式6得典数学计算的结果为5.反10种计算方法都采用了较多的近似，使其符合标准模型，因而结果有些误差以难免的。由于在对撞点处无法安装戊空测在不加10泵情况，根扼式5和6可求出广从上面的计算可以看到安装0泵后可以使对撞点的真空度由原来的7.少10变为6.107；并且谱仪中真空盒的平均压强由原来的6.豕103降低为5.10；对撞点附近的真空度明显好转由于对撞区真空系统结构复杂，上面进行的管道流导计算实际上是把不规则的管道简化成标准管道来进行的另外泵的抽速随着压强的变化也不是常数，尤其是对撞区真空管道的出气率与面处理量规管，因而也就无法确定哪种方法更接近实际值，但对于真空系统来说，这些误差在允许的范围内，原来未加的压强分布模拟曲线。上面条曲线为加1泵的压强分布。下面曲线为安装500抽气时间长短以及环境的温度和湿度有关，因此上0泵的卡强分布，可知。加泵后对整3实验结果储存环真空系统允液暴露大4后。我们对储存环对撞区真空系统进行了48烘烤，烘烤温度为200.由于谱仪内的真空盒无法安装烘烤器件，实际上仅仅是对谱仪外的真空盒离子泵吸气剂泵以及些真空测量探头进行了烘烤，烘烤期间用润轮分子泵机组排气。5为对撞区烘烤期间的质谱，可知烘烤期间的主要残余气体是0和托，由于真空盒面在暴露大气后吸附着大量0分子，因此在高温下可以使技分子脱附，用涡轮分子泵抽走烘烤时讧空盒面还扩出托1等，也可以用分子栗排除由于涡轮分子泵对技的压缩比较小，因而抄的分压强较高。
荷放比经过481烘烤以后，对撞区的真空度达到5.5Pa，开始加热激活NEG泵当NEG泵被加上功率时撞区真空系统的压强约提高个数量绂6为0泵激活期间的质谱，可知，的分压强明显升高，这主要是由于14与吸气剂合金不能形成稳定的化合物，所以在低温下被吸气剂吸收的托在高温下被释欣另外在加热激活阶段，吸气剂外面层物理吸附的气体分子脱附，因而质谱成份比较复杂。被解吸的气体主要是1扑0 000械取N思跎傥帘砻娌耐迅狡辶楷在真空系统烘烤期间，吸气剂组件应该维持在个比真空系统其它部件更高的温度，这样可以减少真空盒面脱附的气体分子向吸气剂组件迁移当吸气剂泵在45的温度下激活5后，停止加热激活并且启动离子泵，这时真空度明显变好。经过72后，对撞区静电分离器处的真空度达到3.6101天后静电分离器处的真空度达到2.71妒，3由于条件所限，在对撞区的其它特卡洛梭拟计算对撞区味力分布结果十分吻合，因而可以推断在对撞点的两端各装台05的以公对提高整个付撞1的真中度是很作用的。
阁7为付撞区达1超高虎时的质谱，可知，经过1.栗和离子泵的纟合抽气，系统中残余气体成份减少，付掩区真空系统达到7啬吉的超迕栗激活期间的质谱荷比6从实验结果看，对撞区静电分离器处的极限真空山原来的8.0101降为2.710仍，证明了通过体积么抽速大操作的；泵来降低又寸撞真空系统的压强是之效的，4结论通过对8宰睬婵障低车母慕使对撞区真空系统性能有了较大提高。从真空测量结果可以看到。80对撞静电分离器处的极限真空由原来的810；1降为2.71081从质谱分析能够观察到，付撞区真宁系统变得史为清洁这样对捉高束流寿命，降低谱仪探测器的本底有着重要的意义另外，从理论上计算出了8宰驳愕难骨吭为407，根据文献记载，这个压强完全满足谱仪探测器的要求3董海义。80储存环真空系统扪。真空，1994335.
董海义。分707非蒸散型吸气剂性能研究1.真空，2000126.
彭全岭。北京7工厂对撞区设计0.1998.
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