BEPC Ⅱ束流引入的真空测量误差
当BEPCⅡ贮存环的束流骤然迷失时,真空计和离子泵的压力测量值都先有一个刹时的减小,之后才逐步升高到本底压力。这表明束流运行时压力测量值中存在着束流引入的正误差,误差量正是测量值减去理论值之差。丢束之后束流引入的误差即时失踪,真空计测量值反映的是理论压力。关于某个真空计,利用骤然丢束后压力测量值随工夫变迁的数据继续非线性拟合,失去一条负指数衰减的偷空曲线,依据它外推能够失去丢束时时的理论压力。关于好多次骤然丢束,用这种步骤视察丢束流强相反声该真空计误差量的变迁,发现误差量与流强根本呈反比例关系。经过曲线拟合求得对比系数,也就失去了在肆意流强下依据该真空计压力测量值来划算理论压力的公式。
高能减速器在束流运行时,真空零碎的气载重要来自同步普照耀真空室壁招致的气体分子脱附,本底的放气只占很小的一全体。比如BEPCⅡ贮存环的电子束流为300mA时,电子环均匀压力约为146nPa,而无束流时均匀压力仅为29nPa。当正在运行的束流骤然迷失时(比如高频腔压故障,丢束工夫在多少秒钟内),同步光对气载的奉献也很快变为零,真空零碎的压力无须逐步升高,回归到无束流时的本底压力。然而,在BEPCⅡ贮存环的束流运行中咱们发现,骤然丢束后真空测量仪器上预示的压力值并不彻底是逐步上升的:在丢束后的多少秒内有一个大踏步的刹时上升,之后才是逐步上升到本底压力。
这种丢束时压力测量值刹时上升的景象在PEP-Ⅱ和KEKB等海外减速器上都视察到了。PEP-Ⅱ和KEKB都觉得,这是因为束流运行时真空计压力测量值中存在着束流带来的同步光电子所引入的误差,骤然丢束时光电效应即时终了,误差也即时失踪,此外压力测量值即时回归到理论值,体现为一个大踏步的上升。PEP-Ⅱ视察到在存在纵向磁场的真空弹道处(比如真空盒外绕螺线管),同步光电子受到纵向磁场克制,这种误差会减小。KEKB发当初规管所在的支路弹道(原文称之为“规管脖子”)加装一个二极磁石,能够在定然水平上偏转同步光电子,同声减小这种误差。该署景象都支撑了误差来自同步光电子的推断。水环式真空泵
下文说明了在BEPCⅡ贮存环真空零碎上视察到的束流引入真空测量误差的景象。那里,咱们不探讨引入误差的外在机理,而是给出了一种划算骤然丢束时时的理论压力的步骤,进而依据好多次骤然丢束后真空计的压力数据失去真空计的校对公式。1、BEPCⅡ束流引入真空测量误差的视察
BEPCⅡ真空零碎上重要的真空测量仪器是冷负极规(CCG)和热负极规(BAG),除此之外联合了非蒸和尚头吸气剂的溅射离子泵(INP)也能给出压力测量值。该署仪器的读数都销毁在历史数据库中,每10s销毁一次。从历史数据中能够发现,每当骤然丢束时,真空计的压力读数都会先有一个较大踏步的上升(20s以内),而后才逐步依照指数衰减法则变小,溅射离子泵的压力读数也有相似的跳变景象。图1示意的是正、阴电子环某次骤然丢束时真空测量仪器纪录的压力数据。其中,图1(a)中I(e+)示意的是阳电子束流的流强,P(R2I-CCG6)、P(R1I-BAG1)和P(R2O-INP26)别离示意阳电子环某冷规、热规和溅射离子泵测量的压力,图1(b)是阴电子环的相似状况。
图1 丢束时压力测量值的骤然减小
在泵抽速恒定的状况下,真空零碎的工夫常数无须是一成不变的,图1中压力测量值的骤然升高和逐步升高显然相互抵触。那里咱们龟鉴PEP2Ⅱ和KEKB的引证,束流运行时真空测量仪器的压力测量值存在着束流引入的误差,这种误差在骤然丢束时即时失踪,体现为压力测量值的骤然升高,之后的压力测量值逐步升高才是理论压力的变迁内中。2、利用丢束后的压力测量数据划算丢束时时的理论压力
因为上述误差是束流引入的,咱们能够觉得丢束20s之后的真空计测量值反映了理论压力。那么,咱们能够依据丢束20s之后的压力数据继续非线性拟合,失去丢束之后的偷空曲线,并由该曲线来外推丢束时时的理论压力。
咱们思忖真空计所在的一个真空盒单元,因为相邻的真空盒情况很濒临,可疏忽相邻真空盒间的净气体固定,将本真空盒相近为一个开启零碎。假如本底放气率为Q0,泵的总抽速为S,真空盒体积为V,理论压力为P,从骤然丢束到压力再次达成失调的内中中,P无须满足如次方程:
P与抽气工夫t大体满足如次指数衰减关系:
其中P0=Q0/S为本底压力,K1是与起始时时有关的常数,K2是真空零碎的工夫常数,1/K2=S/V是单位体积上散布的抽速。
表1 丢束后R1I2CCG6的压力测量值变迁
依据丢束20s当前的P随t变迁的数据能够拟合公式(1):P=P0+K1exp(-t/K2),由拟合的曲线外推可求得刚结束丢束时时的理论压力。
以阳电子环冷规R1I-CCG6为例。在2008年1月17日的0点1min50s产生过一次骤然丢束,290mA的阳电子束流在多少秒钟内丢掉,咱们视察到刚刚丢束的10s内压力测量值从79(×13.3nPa)变为48(×13.3nPa),20s之后大体按指数法则衰减。P-t数据见表1,以刚结束丢束时为t=0时时。
咱们觉得丢束20s之后的真空计读数能够代办理论压力,那么去掉表1中的前两组数据,以从20s到300s的数据来拟合(如图2),失去式(1)的三个常数:
P0=14.58100
K1=14.36937
K2=52.09548
由此可得,当t=0时,理论压力P=P0+K1=28.9(×13.3nPa),其数值比真空计的压力测量值79(×13.3nPa)要小很多。可见,在290mA束流运行时,压力测量值存在着较大的正误差。
图2 依据丢束20s之后的数据拟合P-t曲线3、误差量与流强的关系及真空计校对公式
因为骤然丢束对设施是无害的,咱们使不得故意地做骤然丢束试验,也就无奈失去很充足的数据,然而利用过来产生的骤然丢束状况的历诗经录能够失去好多个流强I下的真空度测量值P1和理论值P2的对照。阳电子以冷规R1I-CCG6为例,如表2,阴电子以冷规R3I-CCG6为例,如表3。
因为束流对真空室内壁有扫除作用,随着束流运行工夫的累积,均匀每毫安束流所引入的气载是逐步减小的。另外,相反次注入的束流,同步普照耀的地位可能不彻底相反,招致均匀每毫安束流所引入的气载有所变迁。因而,表2和表3中理论压力P2与流强I不呈线性关系。然而,咱们发现束流引入的误差P1-P2与I根本上是呈线性关系。依照PEP-Ⅱ和KEKB的论断,束流引入的误差是同步光电子造成的,思忖到同步光电子的量是与束流流强成反比的,没有束流的时机也没有这种误差,上述线性关系无须就是容易的反比例关系,也就是一条过原点的曲线。那末咱们利用现有的数据拟合失去P1-P2随I的变迁关系,那么在已知流强I和真空度测量值P1的状况下,就能够依据上述变迁关系来划算真空度理论值P2。
表2 阳电子环R1I-CCG6的数据 表3 阴电子环R3I-CCG6的数据
对表2中的P1-P2随I的变迁关系作过原点的线性拟合,如图3。
图3 R1I-CCG6的误差随流强的变迁关系拟合
关于阳电子环冷规R1I-CCG6来说,已知流强I和压力测量值P1,就能够依据上面的公式划算理论压力P2:
P2=P1-0.1835I(单位同表2)
对表3中的P1-P2随I的变迁关系作过原点的线性拟合,如图4。
图4 R3I-CCG6的误差随流强的变迁关系拟合
关于阴电子环冷规R3I-CCG6来说,已知流强I和压力测量值P1,就能够依据上面的公式划算压力理论值P2:
P2=P1-0.02341I(单位同表3)4、论断
BEPCⅡ束流运行时真空测量中存在着束流引入的误差。利用骤然丢束后压力随工夫变迁的数据,经过非线性拟合,能够求得丢束时时的理论压力。用这种步骤视察丢束流强相反声误差量的变迁,发现了误差量与流强根本呈反比例关系,并经过曲线拟合求得了对比系数。这也就失去了依据流强和压力测量值来划算理论压力的公式。
更多技术文章
|
