Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР
Рассмотрены условия получения давления ~10⁻¹⁰ Торр в камере реконструируемого накопителя НЕСТОР при использовании как сосредоточенных, так и распределенных средств откачки. Определены допустимые значения газовыделения как в процессе термодесорбции, так и десорбции под действием синхротронного излуче...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110734 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР / В.Г. Гревцев, А.Ю. Зелинский, И.И. Карнаухов, В.П. Козин, Н.И. Мочешников // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110734 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гревцев, В.Г. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.И. Козин, В.П. Мочешников, Н.И. 2017-01-06T09:24:44Z 2017-01-06T09:24:44Z 2007 Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР / В.Г. Гревцев, А.Ю. Зелинский, И.И. Карнаухов, В.П. Козин, Н.И. Мочешников // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110734 533.59 Рассмотрены условия получения давления ~10⁻¹⁰ Торр в камере реконструируемого накопителя НЕСТОР при использовании как сосредоточенных, так и распределенных средств откачки. Определены допустимые значения газовыделения как в процессе термодесорбции, так и десорбции под действием синхротронного излучения и выбран вариант расстановки средств откачки по периметру накопителя НЕСТОР. Создана высоковакуумная установка для исследования различных физико-химических способов получения чистых вакуумных поверхностей с удельным газовыделением менее q ~ 10⁻¹¹Torr·l/cm²·s В установке получен вакуум ~4·10⁻¹⁰Торр с удельным газовыделением ~10⁻¹²Torr·l/cm²·s Розглянуто умови одержання тиску ~10⁻¹⁰ Торр у камері реконструйованого нагромаджувача НЕСТОР при використанні як зосереджених, так і розподілених засобів відкачки. Визначено припустимі значення газовиділення як в процесі термодесорбції, так і десорбції під дією синхротронного випромінювання та вибраний варіант розміщення засобів відкачки по периметру нагромаджувача НЕСТОР. Створена високовакуумна установка для дослідження різних фізико-хімічних способів одержання чистих вакуумних поверхонь з питомим газовиділенням менше q ~ 10⁻¹¹Torr·l/cm²·s. В установці отриманий вакуум ~4·10⁻¹⁰ Торр з питомим газовиділенням ~10⁻¹²Torr·l/cm²·s . The conditions of reception of pressure ~10⁻¹⁰ Тоrr in the chamber reconstraction of the storage-ring NESTOR are considered at use both local and distributed means spooling. The allowable importance gassing as for the account thermal desorption and desorption for the account synchrotron radiation are determined and the variant of arrangement of means spooling on perimeter of the store NESTOR is chosen. The installation for research of various physical-chemical ways of reception of pure vacuum surfaces with specific gassing less q ~ 10⁻¹¹Torr·l/cm²·s is created high vacuum. In installation the vacuum ~4·10⁻¹⁰ Тоrr and specific gassing ~10⁻¹² Torr·l/cm²·s are obtained. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Чистые материалы и вакуумные технологии Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР Розробка і дослідження елементів вакуумної системи джерела комптонівських гамма-квантів на базі нагромаджувача НЕСТОР Development and research of elements of vacuum system of a source compton of scales-quantums on the basis of the store NESTOR Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР |
| spellingShingle |
Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР Гревцев, В.Г. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.И. Козин, В.П. Мочешников, Н.И. Чистые материалы и вакуумные технологии |
| title_short |
Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР |
| title_full |
Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР |
| title_fullStr |
Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР |
| title_full_unstemmed |
Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР |
| title_sort |
разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя нестор |
| author |
Гревцев, В.Г. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.И. Козин, В.П. Мочешников, Н.И. |
| author_facet |
Гревцев, В.Г. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.И. Козин, В.П. Мочешников, Н.И. |
| topic |
Чистые материалы и вакуумные технологии |
| topic_facet |
Чистые материалы и вакуумные технологии |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Розробка і дослідження елементів вакуумної системи джерела комптонівських гамма-квантів на базі нагромаджувача НЕСТОР Development and research of elements of vacuum system of a source compton of scales-quantums on the basis of the store NESTOR |
| description |
Рассмотрены условия получения давления ~10⁻¹⁰ Торр в камере реконструируемого накопителя НЕСТОР при использовании как сосредоточенных, так и распределенных средств откачки. Определены допустимые значения газовыделения как в процессе термодесорбции, так и десорбции под действием синхротронного излучения и выбран вариант расстановки средств откачки по периметру накопителя НЕСТОР. Создана высоковакуумная установка для исследования различных физико-химических способов получения чистых вакуумных поверхностей с удельным газовыделением менее q ~ 10⁻¹¹Torr·l/cm²·s В установке получен вакуум ~4·10⁻¹⁰Торр с удельным газовыделением ~10⁻¹²Torr·l/cm²·s
Розглянуто умови одержання тиску ~10⁻¹⁰ Торр у камері реконструйованого нагромаджувача НЕСТОР при використанні як зосереджених, так і розподілених засобів відкачки. Визначено припустимі значення газовиділення як в процесі термодесорбції, так і десорбції під дією синхротронного випромінювання та вибраний варіант розміщення засобів відкачки по периметру нагромаджувача НЕСТОР. Створена високовакуумна установка для дослідження різних фізико-хімічних способів одержання чистих вакуумних поверхонь з питомим газовиділенням менше q ~ 10⁻¹¹Torr·l/cm²·s. В установці отриманий вакуум ~4·10⁻¹⁰ Торр з питомим газовиділенням ~10⁻¹²Torr·l/cm²·s .
The conditions of reception of pressure ~10⁻¹⁰ Тоrr in the chamber reconstraction of the storage-ring NESTOR are considered at use both local and distributed means spooling. The allowable importance gassing as for the account thermal desorption and desorption for the account synchrotron radiation are determined and the variant of arrangement of means spooling on perimeter of the store NESTOR is chosen. The installation for research of various physical-chemical ways of reception of pure vacuum surfaces with specific gassing less q ~ 10⁻¹¹Torr·l/cm²·s is created high vacuum. In installation the vacuum ~4·10⁻¹⁰ Тоrr and specific gassing ~10⁻¹² Torr·l/cm²·s are obtained.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110734 |
| citation_txt |
Разработка и исследование элементов вакуумной системы источника комптоновских гамма-квантов на базе накопителя НЕСТОР / В.Г. Гревцев, А.Ю. Зелинский, И.И. Карнаухов, В.П. Козин, Н.И. Мочешников // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 4. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT grevcevvg razrabotkaiissledovanieélementovvakuumnoisistemyistočnikakomptonovskihgammakvantovnabazenakopitelânestor AT zelinskiiaû razrabotkaiissledovanieélementovvakuumnoisistemyistočnikakomptonovskihgammakvantovnabazenakopitelânestor AT karnauhovii razrabotkaiissledovanieélementovvakuumnoisistemyistočnikakomptonovskihgammakvantovnabazenakopitelânestor AT kozinvp razrabotkaiissledovanieélementovvakuumnoisistemyistočnikakomptonovskihgammakvantovnabazenakopitelânestor AT močešnikovni razrabotkaiissledovanieélementovvakuumnoisistemyistočnikakomptonovskihgammakvantovnabazenakopitelânestor AT grevcevvg rozrobkaídoslídžennâelementívvakuumnoísistemidžerelakomptonívsʹkihgammakvantívnabazínagromadžuvačanestor AT zelinskiiaû rozrobkaídoslídžennâelementívvakuumnoísistemidžerelakomptonívsʹkihgammakvantívnabazínagromadžuvačanestor AT karnauhovii rozrobkaídoslídžennâelementívvakuumnoísistemidžerelakomptonívsʹkihgammakvantívnabazínagromadžuvačanestor AT kozinvp rozrobkaídoslídžennâelementívvakuumnoísistemidžerelakomptonívsʹkihgammakvantívnabazínagromadžuvačanestor AT močešnikovni rozrobkaídoslídžennâelementívvakuumnoísistemidžerelakomptonívsʹkihgammakvantívnabazínagromadžuvačanestor AT grevcevvg developmentandresearchofelementsofvacuumsystemofasourcecomptonofscalesquantumsonthebasisofthestorenestor AT zelinskiiaû developmentandresearchofelementsofvacuumsystemofasourcecomptonofscalesquantumsonthebasisofthestorenestor AT karnauhovii developmentandresearchofelementsofvacuumsystemofasourcecomptonofscalesquantumsonthebasisofthestorenestor AT kozinvp developmentandresearchofelementsofvacuumsystemofasourcecomptonofscalesquantumsonthebasisofthestorenestor AT močešnikovni developmentandresearchofelementsofvacuumsystemofasourcecomptonofscalesquantumsonthebasisofthestorenestor |
| first_indexed |
2025-11-25T20:43:25Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:43:25Z |
| _version_ |
1850530721408483328 |
| fulltext |
УДК 533.59
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ ИСТОЧНИКА КОМПТОНОВСКИХ ГАМ-
МА-КВАНТОВ НА БАЗЕ НАКОПИТЕЛЯ НЕСТОР
В.Г. Гревцев, А.Ю. Зелинский, И.И. Карнаухов, В.П. Козин, Н.И. Мочешников
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
г. Харьков, Украина
Рассмотрены условия получения давления ~10-10 Торр в камере реконструируемого накопителя НЕСТОР при исполь-
зовании как сосредоточенных, так и распределенных средств откачки. Определены допустимые значения газовыделения
как в процессе термодесорбции, так и десорбции под действием синхротронного излучения и выбран вариант расстанов-
ки средств откачки по периметру накопителя НЕСТОР. Создана высоковакуумная установка для исследования различ-
ных физико-химических способов получения чистых вакуумных поверхностей с удельным газовыделением менее
q ~ 10-11 2
Торр л
см с
⋅
⋅ В установке получен вакуум ~4·10–10 Торр с удельным газовыделением ~10-12 2 .Торр л
см с
⋅
⋅
ВВЕДЕНИЕ
На базе существующего накопителя электронов
Н-100 на энергию 160 МэВ ведутся разработки мощ-
ного источника гамма-квантов, в котором использу-
ется эффект обратного комптоновкого рассеяния ла-
зерного излучения на релятивистских электронах
[1]. Существующая инфраструктура и оборудование
позволят поднять энергию циркулирующего пучка
Н-100М (после реконструкции) до 225 МэВ. Обще-
принятая практика получения необходимого вакуу-
ма (~10–10 Торр) в накопителях на большие (2…6
ГэВ) и на более низкие энергии (до 1 ГэВ) требует
использования как сосредоточенных, так и распре-
деленных средств откачки ввиду больших газовых
потоков, стимулированных в основном синхротрон-
ным излучением (СИ). Хотя на установках с малой
энергией действие СИ менее критично, некоррект-
ный учёт его действия может существенно затормо-
зить процесс достижения проектных параметров [2].
1. ВЫБОР СХЕМЫ ОТКАЧКИ
И ТРЕБОВАНИЙ К ВЕЛИЧИНЕ
ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ
В накопителе электронов НЕСТОР, который со-
здается в ННЦ ХФТИ для генерации интенсивного
пучка гамма-квантов в процессе обратного компто-
новского рассеяния, время жизни циркулирующего
пучка электронов при энергии ~ 60 МэВ должно
быть не менее 0.5 ч, а при более высокой энергии
(~225 МэВ) – не менее 2 ч [1]. Для этого среднее ди-
намическое давление в присутствии пучка электро-
нов и синхротронного излучения не должно быть
выше 5·10-9 Торр при длине орбиты L ∼ 15 м. Неза-
висимо от природы десорбции молекул газа давле-
ние Р в камере будет определяться эффективной
скоростью откачки Sэф, предельным давлением Рпред
насосов и величиной суммарного газовыделения Qo,
основными составляющими которого являются ве-
личины тепловой Qт и стимулированной Qγ десорб-
ции:
.to
пред пред
эф эф
Q QQP P P
S S
γ+
= + = + (1)
Схема накопительного кольца НЕСТОР изображена
на рис. 1. Как показали расчёты сосредоточенной
системы откачки, содержащей N насосов со скоро-
стью откачки S0, равномерно распределённых по
длине камеры (т.е. расстояние между насосами
L0=L/N), для получения давления ~ 5·10–9 Торр в ка-
мере накопителя, имеющей эллиптическое сечение с
осями 79×27 мм, вакуумная система накопителя
должна иметь 8 точек откачки со скоростью откачки
150 л/с в каждой при предельной величине удельно-
го газовыделения 4.35·10-11 Торр л/(см2 с) [2].
1
2
3
56
47
8
Рис. 1. Схема установки НЕСТОР; расположение
насосов указано стрелками
Расчеты проводились как с использованием ана-
литических выражений, так и компьютерных про-
грамм. Для компьютерных расчетов была использо-
вана программа VAKTRЕK [3]. На рис. 2 приведена
рассчитанная на ЭВМ зависимость давления в каме-
ре от скорости откачки в каждой из 8 точек при ве-
личине удельного газовыделения q=4.35·10-11
Торр л/(см2 с). Выбор насосов со скоростью откачки
S0 > 150 л/с нецелесообразен из-за ограниченной
удельной проводимости камеры (см. рис. 2).
Давление [Toрр·10-9]
___________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 4.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16), с.29 - 33.
29
0 100 200 300 400 500 600 700
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ä
àâ
ëå
íè
å
[T
or
r*
10
-9
]
Ñêî ðî ñòü î òêà÷êè S [l/s]
q=4.35*10-11 [Torr l/cm2 s]
Скорость откачки [l/s]
Рис. 2. Зависимость среднего давления в вакуумной
камере накопителя НЕСТОР от скорости откачки
насосов (N=8)
На рис. 3. изображены результаты расчетов рас-
пределения давления по длине вакуумной камеры
накопителя НЕСТОР, проведенные программой
VAKTREK. Видно, что при скорости откачки
S0 = 150 л/с, и удельном газовыделении
q = 4,35·1011 2
Торр л
см с
⋅
⋅ среднее давление в камере нако-
пителя будет P ≈ 3,3·10-9 Торр, а максимальное дав-
ление Pmax при этом равно ∼4·10-9 Торр.
Давление [Toрр]
0 2 4 6 8
5,0x10-10
1,0x10-9
1,5x10-9
2,0x10-9
2,5x10-9
3,0x10-9
3,5x10-9
4,0x10-9
4,5x10-9
5,0x10-9
Ä
àâ
ëå
íè
å
Àçèì óò [m]
S=150 l/s
q=4.35*10-11 Torr l/cm2 s
Азимут [m]
Рис. 3. Распределение давления вдоль камеры нако-
пителя НЕСТОР (N=8)
В дипольных магнитах кроме термодесорбции
существенным будет вклад радиационно-стимули-
рованной десорбции из-за действия СИ, которая за-
висит от энергии циркулирующего пучка и его ин-
тенсивности. При токе 1 А и энергии пучка 300 МэВ
газовыделение, связанное с СИ, будет равно [4]:
26,8 ,си
Торр лQ
см с
χ η ⋅=
⋅
(2)
где η – коэффициент десорбции (молекул⁄фотон); χ –
коэффициент, учитывающий зависимость числа
фотонов СИ от энергии отсечки ε0, начиная с кото-
рой наиболее вероятен процесс выбивания молекул
газа.
Значение коэффициента χ для различных значе-
ний энергии пучка и двух значений 1ε0=5 и 2ε0=10 эВ
приведено на рис. 4.
При Е=300 МэВ и 2ε0=10 эВ χ=0,489952 и
3, 2сиQ η= 2
Торр л
см с
⋅
⋅ (3)
или, учитывая площадь внутренней поверхности
участков камеры в дипольных магнитах, удельное
газовыделение под действием СИ
η6105 −⋅≅сиq (4)
при qси=q0=10-11 2
Торр л
см с
⋅
⋅ ; η ≅ 9⋅ 10-6 молекул/фотон.
Так как начальное значение η для нержавеющей
стали обычно ∼10-3 молекул/фотон, то для уменьше-
ния влияния СИ на поворотных участках необходи-
мо дополнительное увеличение скорости откачки.
Для этой цели будут использованы распределенные
насосы на основе NEG (неиспаряемых геттеров).
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
ε 0 =5eV
ε 0 =10eV
χ
E, GeV
Рис. 4. Значение коэффициента χ для различных
значений энергии пучка и двух значений 1ε0=5 эВ
и 2ε0=10 эВ
Расчеты показывают, что при использовании на
каждом поворотном участке ленты NEG шириной
2 см и длиной ∼ 80 см при двустороннем напылении
геттера возможно дополнительно иметь скорость
откачки ∼ 300 л/с. Это позволит поддерживать необ-
ходимый на этих участках вакуум при ∼ 20-кратном
увеличении удельного газовыделения.
Для обеспечения среднего давления
P ≈ 3,3·10-9 Торр в камере накопителя НЕСТОР при
применении распределенной откачки насосами на
основе нераспыляемых геттеров, нанесенных по
всей длине камеры дипольных магнитов, суммарная
скорость откачки должна быть равной 280 л/с при
условии, что удельное газовыделение не будет пре-
вышать 10-12 2
Торр л
см с
⋅
⋅ .
_____________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с.
30
2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ
И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ
ВАКУУМНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
В ННЦ ХФТИ разрабатываются NEG, состоящие
из сплава нескольких геттероспособных материалов,
нанесенных на несущую металлическую подложку
[5]. После их активации в вакуумном объёме (для
этого подложку следует нагреть на какое-то время
до определенной температуры) NEG при хорошем
вакуумном окружении (малое газовыделение)
способен долгое время сохранять эффективную
откачную способность для многих газов (кроме бла-
городных и углеводородов). Так при
q ~ 10–12 2
Торр л
см с
⋅
⋅ эффективность NEG может сохра-
няться несколько месяцев и может быть повторно
(много раз) восстановлена, но уже при более низкой
температуре нагрева.
Нами для исследования откачной способности
NEG выбраны сплавы: Zr, V, Fe (St707) с температу-
рой активации ~400 ºС и Zr, V, Ti с температурой
активации ≤200 ºС. Исследован металлографический
сплав St707 (75%Zr, 19,6%V ,5,4%Fe) и элементный
состав покрытия этого сплава на подложках из нике-
ля и нержавеющей стали методом спектрометрии
обратного резерфордовского рассеяния протонов и
ионов гелия (RBS) и методом спектрометрии рент-
геновского характеристического излучения, возбу-
ждаемого протонами (PIXE) на ускорителе «Сокол»
ННЦ ХФТИ [6]. Полученные данные по химическо-
му составу на электронном микроскопе хорошо со-
гласуются с данными, полученными методами PIXE
и RBS. В настоящее время изготовлен катод и про-
водятся исследования сплава 20%Zr, 50%V, 30%Ti,
имеющего более низкую (∼200 ºС) температуру ак-
тивации.
Для исследования вакуумных свойств различных
конструкционных материалов, средств откачки и из-
мерения, технологических и физических процедур
чистки вакуумных поверхностей создан вакуумный
стенд. Его блок-схема приведена на рис. 5.
Основными узлами установки являются две ва-
куумных камеры А и Б, разделенные диафрагмой с
проводимостью U=0,324 л/с. Камера А имеет объём
∼41 л, поверхность ∼10210 см2, камера Б – VБ=0,8 л
и SБ=662 см2.
Для откачки на установке имеются насосы: фор-
вакуумный и турбомолекулярный с азотными ло-
вушками, диодный и триодный магниторазрядные,
три последовательно соединенных ленты NEG
(St707) шириной 2 см и общей длиной активной ча-
сти ∼50 см.
Для измерения давления используются термо-
парные, ионизационные и магниторазрядные преоб-
разователи. Спектр остаточных газов измеряется
масс-спектрометром МХ-7304. Для активации NEG
используется омический нагрев от источника тока
до 50 А. Температура нагрева контролируется двумя
термопарами. Для достижения малого удельного га-
зовыделения (≤10-11 2
Торр л
см с
⋅
⋅ ) на установке использова-
лись элементы и узлы, прошедшие (частично) элек-
трополировку, химическую очистку растворителями
(углеводородными), мойку в дистиллированной
воде с последующей горячей сушкой и т.д. Все
уплотнения металлические (в основном медь).
S
Рис. 5. Блок-схема вакуумной установки:
1 – ручной клапан; 2 – неиспаряемый геттер (NEG);
3 – трион; 4 – калиброванная диафрагма; 5 – масс-
спектрометр; 6 – манометрические преобразова-
тели; 7 – азотные ловушки; 8 – управляемый
клапан; 9 – турбомолекулярный насос;
10 – форвакуумный насос; 11 – натекатели;
12 – насос магниторазрядный диодный
Кроме того, предусмотрена чистка вакуумной ка-
меры тлеющим разрядом в смеси 90%He+10%O2
или 90%Ar+10%O2. Для этого используются имею-
щиеся на установке различные токовводы, в том
числе и разрядные насосы, на которые подаётся
напряжение до +500 В. Предусмотрена возможность
прогрева основных узлов установки до 200…300 °С.
Для измерения скорости откачки используется ме-
тод двух манометров (в камерах А и Б). Поток газа
из камеры Б (для регулировки этого потока имеются
натекатели) через диафрагму с известной проводи-
мостью U будет равен
Q=U⋅(PБ-PА), (5)
где PБ – давление в камере Б; PА – давление в камере
А.
Также в камере А необходимо учитывать поток
собственного газовыделения QА. Легко показать, что
скорость используемых вакуумных насосов в камере
А будет
А
А
А
Б
Р
Q
P
P
US +−= )1( . (6)
При плохом вакууме (большом потоке Q) вто-
рым членом можно пренебречь, но при высоком ва-
кууме, когда поток Q мал и давление в камере А
_____________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с.
31
определяется предельными давлениями откачных
устройств (магниторазрядные насосы, NEG), этот
член играет определяющую роль. Величина QА опре-
деляется экспериментально при измерении натека-
ния.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
На установке использовались высоковакуумные
насосы диодного и триодного типа, бывшие раннее
в длительной эксплуатации, и турбомолекулярный
насос (ТМН).
Были исследованы процессы откачки установки
в различных режимах: периодическом (односменная
работа), непрерывном (в течение нескольких суток),
без жидкого азота в триодном насосе (ТРИОН) и с
ним, без прогрева всей системы и с прогревом до
200 ºС, без чистки и с чисткой тлеющим разрядом в
смесях аргона и гелия с кислородом.
На рис. 6 показаны зависимости P=f(t) для цикла
односменной работы.
0 100 200 300 400 500 600
10-9
10-8
10-7
15.03.04
17.03.04
18.03.04
19.03.04
24.03.04
25.03.04
02.04.04
Д
ав
ле
ни
е,
Т
ор
р
Время откачки, мин
Рис. 6. Зависимость давления от времени при од-
носменной работе, 02.04.04 залит жидкий азот
При периодической откачке предельно достижи-
мый вакуум улучшается от смены к смене, также
несколько увеличивается скорость откачки насосов,
но прогресс крайне ограничен.
Это связано с тем, что магниторазрядные насосы,
имеющие длительный срок эксплуатации, обладают
«памятью», и чтобы начать откачку с оптимальными
характеристиками во время запуска, им надо более
продолжительное время, чем для «свежих» насосов
для создания распыленного поглощающего слоя ти-
тана. Во время перерыва в работе, когда остаточное
давление становится высоким (~10-6…10-5 Торр),
происходит деградация откачивающих свойств, и
весь процесс откачки надо начинать с более худших
условий, нежели они были в конце предыдущей сме-
ны.
В режиме непрерывной откачки (~3 сут) после
прогрева в течение 20 ч всей системы до 180 ºС до-
стигнуто давление Рпред.∼ 1·10-9 Торр без жидкого
азота в ТРИОН и скорость откачки 38 л/с при этом
давлении, а с жидким азотом ∼ 3,7·10-10 Торр и ско-
рость откачки ~125 л/с при этом давлении. Таким
образом, заливка жидкого азота существенно улуч-
шает предельное давление и повышает скорость
откачки при этом предельном давлении. Пребыва-
ние в дальнейшем системы при остаточном давле-
нии ~10 6…10-5 Торр (~16 ч) практически приводит к
деградации скорости откачки насосов (магнитораз-
рядных) и соответственно увеличивается предельно
достижимое давление. Удельное газовыделение по-
сле ряда циклов откачки (как непрерывных, так и
периодических) равно ~1,5·1012 ссм
лТорр
⋅
⋅
2 .
Анализ парциального состава остаточного газа
показал, что при предельных давлениях (~10-9…
10-10 Торр) в вакуумном объёме (~73 л) содержится
до 40% углеводородов с массой до ~150 а.е., при на-
личии же жидкого азота в ТРИОН их количество
уменьшается до ~5% при неработающем ТРИОН
(залит только жидкий азот) и до ~17% при включе-
нии ТРИОН.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что для по-
лучения стабильного сверхвысокого вакуума
(~10-9 …10-10 Торр) в НЕСТОР необходимо:
− использовать магниторазрядные насосы типа
НМД и ТРИОН, не бывшие в длительной эксплу-
атации;
− непрерывный режим откачки;
− при подготовке вакуумных поверхностей узлов и
элементов НЕСТОР желательно исключить ис-
пользование углеводородных растворителей;
− в качестве основного конструкционного материа-
ла для вакуумной камеры использовать нержаве-
ющую сталь типа Х18Н10Т с содержанием угле-
рода С≤0,03%;
− разработать NEG с температурой активации ≤200
°С на основе Ti, Zr, V.
ЛИТЕРАТУРА
1.E. Bulyak, P. Gladkikh et al. A compact X-ray source
based on Compton scattering // Nucl. Instr. and Meth. In
Phys. Rev A. 2001, № 467-468, p. 88–90.
2.V.G. Grevtsev, A.Yu. Zelinsky, I.I. Karnaukhov,
N.I. Mocheshnikov. The analysis and choice of the sys-
tem for attaining vacuum in a 300 MeV electron storage
ring //Problems of atomic science and technology. Se-
ries «Nuclear Physics Investigations» (41). 2003, №2,
p. 126–130.
3.V. Ziemann. Vacuum Tracking. SLAC-Pub-5962, Oc-
tober 1992.
4.В.Г. Гревцев, А.Ю. Зелинский, И.И. Карнаухов,
Н.И. Мочешников и др. Установка для исследова-
ния свойств нераспыляемого геттера //ВАНТ. Се-
рия "Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники"
(13). 2003, №5, с. 51–54.
5.В.М. Ажажа, В.В. Брык, А.В. Гончаров,
В.Г. Гревцев, Т.Г. Емлянинова, И.И. Карнаухов,
Н.И. Мочешников. Получение и исследование со-
става нераспыляемого геттера на основе сплава
циркония, ванадия и железа //ВАНТ. Серия «Физика
_____________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с.
32
радиационных повреждений и радиационное мате-
риаловедение» (83). 2003, №3, с. 113–116.
6.В.Н. Бондаренко, Л.С. Глазунов и др. Аналитиче-
ская установка для ядерно-физических методов ана-
лиза //Научные ведомости (Белгородский универси-
тет). Серия «Физика». 2001, №2 (15), с. 86-92.
РОЗРОБКА І ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ВАКУУМНОЇ СИСТЕМИ ДЖЕРЕЛА
КОМПТОНІВСЬКИХ ГАММА-КВАНТІВ НА БАЗІ НАГРОМАДЖУВАЧА НЕСТОР
В.Г. Грєвцев, А.Ю. Зєлінський, І.І. Карнаухов, В.П. Козін, М.І. Мочешніков
Розглянуто умови одержання тиску ~10-10 Торр у камері реконструйованого нагромаджувача НЕСТОР при
використанні як зосереджених, так і розподілених засобів відкачки. Визначено припустимі значення газовиділення як в
процесі термодесорбції, так і десорбції під дією синхротронного випромінювання та вибраний варіант розміщення
засобів відкачки по периметру нагромаджувача НЕСТОР. Створена високовакуумна установка для дослідження різних
фізико-хімічних способів одержання чистих вакуумних поверхонь з питомим газовиділенням менше q ~ 10-11 ссм
лТорр
⋅
⋅
2 .
В установці отриманий вакуум ~4·10–10 Торр з питомим газовиділенням ~10-12 ссм
лТорр
⋅
⋅
2 .
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF ELEMENTS OF VACUUM SYSTEM OF A
SOURCE COMPTON OF SCALES-QUANTUMS ON THE BASIS OF THE STORE
NESTOR
V.G. Grevtsev, A.Yu. Zelinsky, I.I. Karnaukhov, V.P. Kozin, N.I. Mocheshnikov
The conditions of reception of pressure ~10-10 Тоrr in the chamber reconstraction of the storage-ring NESTOR are consid-
ered at use both local and distributed means spooling. The allowable importance gassing as for the account thermal desorption
and desorption for the account synchrotron radiation are determined and the variant of arrangement of means spooling on perime-
ter of the store NESTOR is chosen. The installation for research of various physical-chemical ways of reception of pure vacuum
surfaces with specific gassing less q ~ 10-11
2
Тоrr l
сm s
⋅
⋅ is created high vacuum. In installation the vacuum ~4·10-10 Тоrr and specific
gassing ~10-12
2
Тоrr l
сm s
⋅
⋅ are obtained.
_____________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с.
33
УДК 533.59
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ ИСТОЧНИКА КОМПТОНОВСКИХ ГАММА-КВАНТОВ НА БАЗЕ НАКОПИТЕЛЯ НЕСТОР
3. результаты Измерений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
РОЗРОБКА І ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ВАКУУМНОЇ СИСТЕМИ ДЖЕРЕЛА КОМПТОНІВСЬКИХ ГАММА-КВАНТІВ НА БАЗІ НАГРОМАДЖУВАЧА НЕСТОР
|