上海光源(SSRF) 輸運線真空零碎設計
白文說明了上海光源高能輸運線和低能輸運線真空零碎設計,囊括總體格局,真空盒的構造和真空失掉零碎。低能輸運線由兩個彎段和三個曲線段組成,高能輸運線由五個彎段和四個曲線段組成。用無限元步驟綜合劃算了輸運線彎段真空盒的大氣負載變形,以確定真空盒的形態和尺寸,后果變形量小于0.15mm。經過模仿輸運線全段真空盒的壓強散布來優化泵零碎的格局,后果表明全線壓強小于6×10-6Pa。因而真空零碎的設計計劃能滿足物理指標和理論工事務求。
上海光源(ShanghaiSynchrotronRadiationFacility,SSRF)是我國在建的專用其三代同步輻射光源,由曲線減速器、加強器和貯存環組成,地位散布見圖1。SSRF貯存電子能量3.5GeV,流強200mA～300mA。電子由曲線減速器減速預能量至150MeV,通過加強器升能到3.5GeV后注入到貯存環中。在曲線減速器、加強器和貯存環之間別離有低能輸運線(LinactoBooster,LTB)和高能輸運線(BoostertoRing,BTS)聯接,輸運線的重要作用是將束流無效的傳輸到加強器和貯存環中,使得傳輸束流的Twiss參數與注入點處的橫向截面參數匹配。另外,因為貯存環的真空度優于加強器,因而輸運線的真空零碎無須保障在接壤地位壓力條件的相容性。
圖1 上海光源減速器地位散布1、總體格局
低能輸運線全段物理長短19.15m,由兩個15°彎段和三個曲線段組成,高能輸運線全段物理長短46.5m,由五個9.45°的彎段和四個曲線段組成。高、低能輸運線束流彈道重要由真空零碎、束測零碎和防護零碎的元件組成,所有的束測零碎和防護零碎的元件做出金雞獨立段,經過法蘭與真空室聯接。高、低能輸運線真空室采納全不銹鋼資料,直段真空室采納低磁導率的304L不銹鋼,彎段真空室采納低磁導率的316L不銹鋼。
低能線的兩端用兩個插板閥將其與曲線和加強器隔來到,變成一個共同的零碎,高能線用三個插板閥將其與加強器和貯存環隔來到,那樣將整段高能線分為兩個金雞獨立區間,不便裝置和調試。在工具運行內中中真空零碎涌現故障如透氣或須要更替真空露天部元件時,培修人員能夠將較小的真空海域裸露大氣,對故障繼續檢測和排除,縮小了作業量,縮短工具故障工夫。在輸運線每個曲線段的兩端擱置金雞獨立漣漪段,彌補彎段真空室端面法蘭的地位誤差和觀點偏差,保障束流經過直段真空室的核心地位。關于如束流地位探測器和熒光靶該署對地位有較高精度務求的束測件,在其左近裝置可調節的漣漪段。
輸運線真空室殘余氣體重要是H2、CO、H2O、N2和CO2,關于惰性氣體含量沒有尤其的務求,因而在高、低能輸運線上主泵零碎全副采納二極濺射離子泵(SIP),其徹底無油、無震撼、大抽速和高極限真空度的特點無比適宜同步輻射光源的真空條件。因為傳輸束流在輸運線上沒有阻抗務求,因而離子泵全副采納大直徑圓筒的泵站構造裝置,縮小無效抽速的破財。在避開非凡元件如磁石和某些對地位務求寬大的束測元件(如光束狹縫)的根底上,離子泵的地位依照定然間距排布,放量使得輸運線的壓強散布勻稱。輸運線務求整段壓強小于2×10-5Pa,貯存環的動態壓強務求小于2.6×10-8Pa,因而在湊近貯存環注入海域,高能輸運線的真空零碎設計要適當增多抽速,使得那里的壓強瀕臨貯存環的壓強務求。真空壓強測量選用寬線性量程的B-A規。圖2和圖3是輸運線真空元件格局圖。
圖2 低能線真空元件格局 圖3 高能線真空元件格局2、真空盒構造
輸運線四極鐵海域的束流模糊區是圓形包絡,二極鐵海域的束流模糊區是扁圓包絡,因而直段海域的真空盒是圓形截面,彎段海域的真空盒是矩形截面。表1是高、低能輸運線磁石孔徑、模糊區以及真空盒尺寸。
表1 輸運線的磁石孔徑、模糊區與真空盒尺寸
因為真空盒抽真空后,盒體名義上接受的大氣壓力招致其產生向內的凸起變形,盒體的薄厚務必保障變形后的盒體與束流模糊區依然有剩余的間距。咱們用無限元數值劃算步驟綜合了高、低能輸運線彎段真空盒的變形態況,劃算采納ANSYS810構造綜合硬件包,間接在ANSYS程序中構建真空盒模子,資料的彈性模量200GPa,泊松比0.3。生動長短位置的兩個端面,其余4個外名義強加1.0×105Pa的壓力,劃算后果見圖4(a),4(b),另外因為高能輸運線彎段真空室長短達成2.2m,因而思忖了高能線彎段真空室在自重作用和真空負載雙重作用下的變形,后果見圖4(c)。
圖4 輸運線彎段真空盒真空負載變形(a)低能線彎段;(b)高能線彎段;(c)高能線彎段
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