上海光源(SSRF) 输运线真空零碎设计
白文说明了上海光源高能输运线和低能输运线真空零碎设计,囊括总体格局,真空盒的构造和真空失掉零碎。低能输运线由两个弯段和三个曲线段组成,高能输运线由五个弯段和四个曲线段组成。用无限元步骤综合划算了输运线弯段真空盒的大气负载变形,以确定真空盒的形态和尺寸,后果变形量小于0.15mm。经过模仿输运线全段真空盒的压强散布来优化泵零碎的格局,后果表明全线压强小于6×10-6Pa。因而真空零碎的设计计划能满足物理指标和理论工事务求。
上海光源(ShanghaiSynchrotronRadiationFacility,SSRF)是我国在建的专用其三代同步辐射光源,由曲线减速器、加强器和贮存环组成,地位散布见图1。SSRF贮存电子能量3.5GeV,流强200mA～300mA。电子由曲线减速器减速预能量至150MeV,通过加强器升能到3.5GeV后注入到贮存环中。在曲线减速器、加强器和贮存环之间别离有低能输运线(LinactoBooster,LTB)和高能输运线(BoostertoRing,BTS)联接,输运线的重要作用是将束流无效的传输到加强器和贮存环中,使得传输束流的Twiss参数与注入点处的横向截面参数匹配。另外,因为贮存环的真空度优于加强器,因而输运线的真空零碎无须保障在接壤地位压力条件的相容性。
图1 上海光源减速器地位散布1、总体格局
低能输运线全段物理长短19.15m,由两个15°弯段和三个曲线段组成,高能输运线全段物理长短46.5m,由五个9.45°的弯段和四个曲线段组成。高、低能输运线束流弹道重要由真空零碎、束测零碎和防护零碎的元件组成,所有的束测零碎和防护零碎的元件做出金鸡独立段,经过法兰与真空室联接。高、低能输运线真空室采纳全不锈钢资料,直段真空室采纳低磁导率的304L不锈钢,弯段真空室采纳低磁导率的316L不锈钢。
低能线的两端用两个插板阀将其与曲线和加强器隔来到,变成一个共同的零碎,高能线用三个插板阀将其与加强器和贮存环隔来到,那样将整段高能线分为两个金鸡独立区间,不便装置和调试。在工具运行内中中真空零碎涌现故障如透气或须要更替真空露天部元件时,培修人员能够将较小的真空海域裸露大气,对故障继续检测和排除,缩小了作业量,缩短工具故障工夫。在输运线每个曲线段的两端搁置金鸡独立涟漪段,弥补弯段真空室端面法兰的地位误差和观点偏差,保障束流经过直段真空室的核心地位。关于如束流地位探测器和荧光靶该署对地位有较高精度务求的束测件,在其左近装置可调节的涟漪段。
输运线真空室残余气体重要是H2、CO、H2O、N2和CO2,关于惰性气体含量没有尤其的务求,因而在高、低能输运线上主泵零碎全副采纳二极溅射离子泵(SIP),其彻底无油、无震撼、大抽速和高极限真空度的特点无比适宜同步辐射光源的真空条件。因为传输束流在输运线上没有阻抗务求,因而离子泵全副采纳大直径圆筒的泵站构造装置,缩小无效抽速的破财。在避开非凡元件如磁石和某些对地位务求宽大的束测元件(如光束狭缝)的根底上,离子泵的地位依照定然间距排布,放量使得输运线的压强散布匀称。输运线务求整段压强小于2×10-5Pa,贮存环的动态压强务求小于2.6×10-8Pa,因而在凑近贮存环注入海域,高能输运线的真空零碎设计要适当增多抽速,使得那里的压强濒临贮存环的压强务求。真空压强测量选用宽线性量程的B-A规。图2和图3是输运线真空元件格局图。
图2 低能线真空元件格局 图3 高能线真空元件格局2、真空盒构造
输运线四极铁海域的束流模糊区是圆形包络,二极铁海域的束流模糊区是扁圆包络,因而直段海域的真空盒是圆形截面,弯段海域的真空盒是矩形截面。表1是高、低能输运线磁石孔径、模糊区以及真空盒尺寸。
表1 输运线的磁石孔径、模糊区与真空盒尺寸
因为真空盒抽真空后,盒体名义上接受的大气压力招致其产生向内的凸起变形,盒体的薄厚务必保障变形后的盒体与束流模糊区依然有剩余的间距。咱们用无限元数值划算步骤综合了高、低能输运线弯段真空盒的变形态况,划算采纳ANSYS810构造综合硬件包,间接在ANSYS程序中构建真空盒模子,资料的弹性模量200GPa,泊松比0.3。生动长短位置的两个端面,其余4个外名义强加1.0×105Pa的压力,划算后果见图4(a),4(b),另外因为高能输运线弯段真空室长短达成2.2m,因而思忖了高能线弯段真空室在自重作用和真空负载双重作用下的变形,后果见图4(c)。
图4 输运线弯段真空盒真空负载变形(a)低能线弯段;(b)高能线弯段;(c)高能线弯段
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