耦合器热窗的极限真空方案模拟分析*

doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2024.04.10

摘要/Abstract

摘要： 深圳中能高重复频率X射线自由电子激光装置（简称S³FEL）注入器 1.3 GHz低温超导加速模组的高功率耦合器热窗的真空泵端口通过角阀连接到真空总管,从而便于安装、检漏和故障诊断。为了保证超导加速模组降温前耦合器热窗的极限压力达标,通过理论计算与软件模拟,对比验证了在不同方案下耦合器所能维持的极限真空度。结果表明：未经处理的耦合器A管采用单台离子泵方案,其极限真空度未能达到实际工程指标;而高温烘烤耦合器A管后,其极限真空度达到10^-7 Pa量级,优于实际工程指标;耦合器A管设置两台离子泵后极限压力下降50％,可通过继续增加离子泵数量的方法使其满足工程指标。

关键词: 低温模组, 耦合器, 热窗, 真空

Abstract: The vacuum pump port of the high-power coupler warm window of the injector 1.3 GHz cryomodule of Shenzhen superconducting soft-X-ray free electron laser （S³FEL） is connected to the vacuum main via an angle valve for easy installation, leak detection and troubleshooting. In order to ensure that the ultimate pressure of the coupler warm window meets the standard before the cryomodule cools down, through theoretical calculation and software simulation, the ultimate vacuum degree that the coupler can maintain under different schemes were compared and verified. The results show that the ultimate vacuum degree of the untreated coupler tube A using a single ion pump does not meet the actual engineering indicator. After high-temperature baking of coupler tube A, its ultimate vacuum degree reaches the level of 10^-7 Pa, and is better than the actual engineering indicator. After setting up two ion pumps in coupler tube A, the ultimate vacuum pressure decreases by 50%, which can meet the engineering standards by further increasing the number of ion pumps.

Key words: cryomodule, coupler, warm window, vacuum

中图分类号: TH36;TN622

岳泰, 何超峰, 王希龙, 孙兴中, 云永琥, 陈伟, 杜文清, 陈耀锋. 耦合器热窗的极限真空方案模拟分析^*[J]. 真空, 2024, 61(4): 52-57.

YUE Tai, HE Chao-feng, WANG Xi-long, SUN Xing-zhong, YUN Yong-hu, CHEN Wei, DU Wen-qing, CHEN Yao-feng. Simulation Analysis of Ultimate Vacuum Scheme for Coupler Warm Windows[J]. VACUUM, 2024, 61(4): 52-57.

参考文献

[1] ABELA R, AGHABABYAN A, ALTARELLI M, et al.XFEL: the european x-ray free-electron laser technical design report[R]. 2006.
[2] ARKAN T T, GINSBURG C M, HE Y, et al.LCLS-II 1.3 GHz design integration for assembly and cryomodule assembly facility readiness at Fermilab[C]// Proceedings of the 17th International Conference on RF Superconductivity. Whistler, Canada, 2015.
[3] ZHU Z Y, ZHAO Z T, WANG D, et al.SCLF: an 8-GeV CW SCRF linac-based x-ray FEL facility in Shanghai[C]//Proceedings of the FEL2017. Santa Fe, USA, 2017.
[4] PETERSON T J, ARKAN TT, GINSBURG C M, et al.LCLS-II 1.3 GHz cryomodule design-modified tesla-style cryomodule for CW operation[C]// Proceedings of the 17th International Conference on RF Superconductivity. Whistler, Canada, 2015.
[5] MOELLER W D, SHU Q S, SUSTA J T, et al.Development and testing of RF double window input couplers for TESLA[J]. Physica C: Superconductivity, 2006, 441(1/2): 229-232
[6] ADOLPHSEN C, FANT K, LI Z, et al.Modified TTF-3 couplers for LCLS-II[C]// Proceedings of the 17th International Conference on RF Superconductivity. Whistler, Canada, 2015.
[7] MA Z Y, HOU H T, ZHAO S J, et al.Manufacturing studies and rf test results of the 1.3 GHz fundamental power coupler prototypes[J]. Physical Review Accelerators and Beams, 2022, 25: 113501.
[8] MOELLER W D.High power coupler for the TESLA test facility[C]//Proceedings of the 9th Workshop on RF Superconductivity. Santa Fe, USA, 1999.
[9] MA Z Y, ZHAO S J, LIU X M, et al.High RF power tests of the first 1.3 GHz fundamental power coupler prototypes for the SHINE project[J]. Nuclear Science and Techniques,2022, 33(1): 107-119.
[10] HANSEN G, KISHIYAMA K, SHEN S, et al.Design and development of the vacuum systems for the APT project ED&D cryomodule[C]//Proceedings of the 1999 Particle Accelerator Conference. New York, USA: IEEE, 1999.
[11] HERMANN M, VANDONI G, KERSEVAN R, et al.Simulations of the HIE-ISOLDE radio frequency quadrupole cooler and buncher vacuum using the Monte Carlo test particle code Molflow+[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2013, 317: 488-491.
[12] 刘佰奇, 彭晓华, 翟纪元, 等. 1.3 GHz 9-cell超导腔加速组元的真空系统[J].真空科学与技术学报, 2016, 36(5): 538-541.
[13] 刘玉魁, 杨建斌, 肖祥正.真空工程设计[M]. 北京: 化学工业出版社, 2016.
[14] 张以忱. 真空系统设计[M]. 北京: 冶金工业出版社,2013.
[15] 姚龙, 张瑞, 王勇. 1.3 GHz高功率输入耦合器样机设计[J]. 真空科学与技术学报, 2020, 40(5): 453-457.
[16] 郭鸿震. 真空系统设计与计算[M]. 北京:冶金工业出版社, 1986.
[17] 达道安. 真空设计手册[M]. 3版. 北京:国防工业出版社, 2004.
[18] 王晓冬, 巴德纯, 张世伟, 等. 真空技术[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2006.
[19] 姜佩贺. 面向低真空的四极质谱质量分析机理研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2019.
[20] 马慧, 王刚. COMSOL Multiphysics基本操作指南和常见问题解答[M]. 北京: 人民交通出版社, 2009
[21] 罗婷婷. 一种基于COMSOL分子流仿真的电子源电极结构设计[J]. 电子测试, 2018(8): 22-24.
[22] 黄奕勇, 李星辰, 田野, 等. COMSOL多物理场仿真入门指南[M]. 北京: 机械工业出版社, 2021.
[23] 姜佩贺, 赵占锋. 一种面向低真空环境的质量分析方法仿真研究[J]. 质谱学报, 2020, 41(6): 588-594.
[24] 张志良, 孙越强, 李永平, 等.基于COMSOL的星载四极质谱仪仿真分析[J].真空科学与技术学报, 2022, 42(7): 517-524.

相关文章 15

[1]	李翔, 姜小蛟, 战春鸣, 刘昂, 孙宁, 李加平. 基于系统回归模型的真空镀膜设备液冷加热盘设计方法研究^*[J]. 真空, 2024, 61(4): 6-11.
[2]	宋涛, 张柏诚, 王春雷, 姜正鹤. 大型串联电子束熔炼炉抽真空系统设计研究^*[J]. 真空, 2024, 61(4): 30-34.
[3]	姜远镇, 邓家良, 韩雨松, 武义锋. 脉管制冷机的研究进展及其仿真优化^*[J]. 真空, 2024, 61(4): 35-41.
[4]	刘诗梦, 赵环宇, 王杰, 乔忠路, 晋伟达, 张仁柱. 真空技术在先进陶瓷制备中的应用^*[J]. 真空, 2024, 61(4): 85-91.
[5]	张丕显, 张以忱, 战春鸣, 晋伟达. 干式真空泵在半导体及新能源领域的应用及发展趋势[J]. 真空, 2024, 61(3): 1-8.
[6]	赵前玉, 于振华, 李恒霖, 干蜀毅, 张东庆. 基于MATLAB/GUI的真空泵抽速曲线预测计算[J]. 真空, 2024, 61(3): 9-12.
[7]	刘玉琢, 王鑫, 李娜, 甄真, 许振华. CVD关键工艺参数对（Ni, Pt）Al涂层高温防护性能影响^*[J]. 真空, 2024, 61(3): 63-69.
[8]	马宝弘, 段海霞, 杜雪峰, 邵宇嵩, 李振开. 真空连铸中间包多场耦合对夹杂物去除影响研究进展^*[J]. 真空, 2024, 61(3): 90-95.
[9]	胡浩, 李凯, 刘洪涛, 邵晴, 韩田, 于淼, 刘航, 李昊宸. 真空技术在高温超导电动磁浮交通系统中的应用^*[J]. 真空, 2024, 61(3): 105-109.
[10]	李小金, 李正清, 韩仙虎, 蔡宇宏, 杨建斌, 刘筱文. 基于TRIZ理论的一种提升罗茨真空泵基础压力的设计方法^*[J]. 真空, 2024, 61(2): 62-67.
[11]	李福送, 王文军, 林伟健, 豆璇凯, 陈斌, 赵毅. 喷油螺杆真空泵油气分离系统的设计研究^*[J]. 真空, 2024, 61(2): 73-77.
[12]	李正清, 韩仙虎, 蔡宇宏, 杨建斌, 李小金, 刘筱文, 王毅. 一种腰部为椭圆线的罗茨真空泵转子型线设计与分析^*[J]. 真空, 2024, 61(1): 47-51.
[13]	何天一, 岳向吉, 张志军, 巴德纯, 冯晓荣, 杨帆. 等螺距螺杆真空泵内气体流动的数值模拟研究^*[J]. 真空, 2024, 61(1): 52-57.
[14]	张万福, 李强, 李军, 刘嘉学, 王德洪, 罗俊义. 特种合金生产过程中VIDP炉真空系统分析及优化应用[J]. 真空, 2024, 61(1): 58-63.
[15]	刘中博. 真空系统在模拟火星表面低气压环境的应用[J]. 真空, 2024, 61(1): 64-67.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed