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真空 ›› 2024, Vol. 61 ›› Issue (5): 57-63.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.05.08

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CSNS II真空差分系统设计*

刘顺明1,2, 王鹏程1,2,3, 刘佳明1,2, 关玉慧1,2, 谭彪1,2, 孙晓阳1,2, 王一刚1,2, 朱邦乐1,2   

  1. 1.中国科学院高能物理研究所,北京 100049;
    2.散裂中子源科学中心,广东 东莞 523808;
    3.中国科学技术大学,安徽 合肥 230029
  • 收稿日期:2024-02-21 出版日期:2024-09-25 发布日期:2024-10-10
  • 通讯作者: 王鹏程,高级工程师;王一刚,工程师。
  • 作者简介:刘顺明(1987-),男,山东临沂人,硕士,高级工程师。
  • 基金资助:
    *国家重大科技基础设施建设项目中国散裂中子源二期工程(发改高技[2022]1903)

Differential Pumping System at CSNS II

LIU Shun-ming1,2, WANG Peng-cheng1,2,3, LIU Jia-ming1,2, GUAN Yu-hui1,2, TAN Biao1,2, SUN Xiao-yang1,2, WANG Yi-gang1,2, ZHU Bang-le1,2   

  1. 1. Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS), Beijing 100049, China;
    2. Spallation Neutron Source Science Center, Dongguan 523808, China;
    3. University of Science and Technology of China, Hefei 230029, China
  • Received:2024-02-21 Online:2024-09-25 Published:2024-10-10

摘要: CSNS II加速器束流打靶功率从100 kW升级至500 kW,要求直线加速器平均束流功率从5 kW提高到25 kW,脉冲束流强度从12.5 mA提高到大于40 mA,这必然导致直线段常温腔压力上升。差分系统作为常温段与超导段之间的重要匹配单元,其真空系统设计可以大幅降低此区间的压力,同时减少低能差分系统末端的残余气体成分,有效避免常温腔气源对超导腔性能造成影响。目前,直线末端(DTL腔)动态真空约为2.0×10-6 Pa,而CSNS II超导腔前后的低能差分系统(LEDP)和高能差分系统(HEDP)动态真空均要求≤5.0×10-8 Pa。针对该问题,本文对LEDP和HEDP真空系统进行了系统设计,并通过搭建模拟系统和实验验证了设计的合理性。结果表明,实验结果与模拟结果基本吻合,采用离子泵与NEG泵组合的方案,可以满足LEDP和HEDP的真空需求,并有效减少LEDP末端的残余气体成分。

关键词: LEDP, HEDP, Molflow模拟, 实验验证, 残余气体分析

Abstract: The power of the CSNS II accelerator beam is upgraded from 100 kW to 500 kW, requiring that the average beam power of the linear accelerator to be increased from 5 kW to 25 kW, and the pulsed beam current to be increased from 12.5 mA to greater than 40 mA. This inevitably leads to an increase in the pressure of the room-temperature cavities. The differential pumping system, as a crucial matching unit between the room-temperature and superconducting segments, can significantly reduce the pressure distribution in this range, and reduce the residual gas components at the end of the LEDP to effectively avoid the impact on the performance of the superconducting cavities from gas sources in the room-temperature cavities. Currently, the dynamic pressure at the end of the linear section (DTL cavity) is approximately 2.0×10-6 Pa, while the low-energy differential pumping systems (LEDP) and high-energy differential pumping systems (HEDP) at the front and rear of CSNS II superconducting cavities, both require a dynamic pressure of ≤5.0×10-8 Pa. This paper presented a systematic design of the vacuum systems for LEDP and HEDP, and simulation and experimental verification were carried out. The findings show that the experimental results are in basic agreement with the simulation results. The combination of ion pump and NEG pump can meet the vacuum requirements of LEDP and HEDP, and effectively reduce the residual gas composition at the end of LEDP.

Key words: LEDP, HEDP, Molflow simulation, experimental verification, RGA

中图分类号:  TL53

[1] 韦杰. 中国散裂中子源简介[J]. 现代物理知识, 2007,19(6): 22-29.
[2] 陈和生. 中国散裂中子源[J]. 现代物理知识, 2016, 28(1): 3-10.
[3] FU S N, CHEN H S, CHEN Y B, et al.CSNS project construction[J]. Journal of Physics: Conference Series,2018, 1021: 012002.
[4] 董海义, 宋洪, 李琦, 等. 中国散裂中子源(CSNS)真空系统研制[J].真空, 2015, 52(4): 1-6.
[5] DONG H Y, SONG H, LI Q, et al.The vacuum system of the China spallation neutron source[J]. Vacuum, 2018,154: 75-81.
[6] 胡传飞. 超导腔低温表面吸附性能及束流损失引起的气体解吸研究[D]. 兰州: 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2018.
[7] 胡传飞, 李春龙, 白峰, 等. 超导铌材低温表面气体吸附实验研究[J]. 真空科学与技术学报, 2017, 37(8): 760-765.
[8] LADD P, CRANDALL J, HECHLER M, et al.Overview of the spallation neutron source vacuum systems[J]. Journal of Vacuum Science & Technology A, 2005, 23(4): 1270-1275.
[9] IMAO H, KAMIGAITO O, OYAMADA K, et al.Non-evaporative getter-based differential pumping system for SRILAC at RIBF[C]// International Conference on RF Superconductivity (19th). Dresden, Germany, 2019.
[10] 蒋迪奎,陈丽萍,殷立新. 10-10 Pa溅射离子泵和非蒸散型吸气剂的复合泵[J]. 真空科学与技术学报,2004, 24(3): 222-224.
[11] SARTORI E, SIRAGUSA M, SONATO P, et al.Development of non evaporable getter pumps for large hydrogen throughput and capacity in high vacuum regimes[J]. Vacuum, 2023, 214: 112198.
[12] STONE C M, GERBER N, PRICE J P, et al.Improving vacuum performance in the warm linac of the Spallation Neutron Source[J]. Journal of Vacuum Science & Technology A, 2019, 37(6):061601.
[13] KERSEVAN R.Analytical and numerical tools for vacuum systems[R]. Platja d' Aro, Spain: CERN Accelerator School(CAS), 2006:285-312.
[14] 王欲知, 陈旭.真空技术[M]. 2版. 北京:北京航空航天大学出版社. 2007: 105-108.
[15] 王鹏程, 黄涛, 刘佳明, 等.中国散裂中子源(CSNS)LRBT输运线真空系统[J]. 真空, 2019, 56(5): 21-25.
[16] GRABSKI M, AL-DMOUR E.Commissioning and operation status of the MAX IV 3 GeV storage ring vacuum system[J]. Journal of Synchrotron Radiation, 2021, 28: 718-731.
[17] 蒋迪奎, 陈丽萍. 非蒸散型吸气剂(NEG)的性能特点和实际应用问题[J]. 真空, 2004, 41(4): 88-93.
[18] MANINI P, MACCALLINI E.NEG pumps: Sorption mechanisms and applications[C]//Proceedings of the 2017 CERN-Accelerator-School course on Vacuum for Particle Accelerators. Glumslöv, Sweden, 2017.
[19] 陈千睿, 魏萌萌, 卢耀文, 等. 非蒸散型吸气剂泵(NEG)对N2气的抽气特性研究[J]. 真空科学与技术学报, 2023, 43(2): 79-83.
[20] 达道安. 真空设计手册[M]. 3版. 北京:国防工业出版社, 2004: 1240-1244.
[1] 张红星, 眭霄翔, 王海军, 刘中华, 陈怀东, 张海峰. 凝汽器管道壁面泄漏流场数值模拟研究[J]. 真空, 2023, 60(6): 15-21.
[2] 周军, 曹曾, 曹诚志, 黄向玫, 高霄雁, 胡毅. HL-2M装置质谱测量的初步结果*[J]. 真空, 2022, 59(3): 68-73.
[3] 刘顺明, 宋 洪, 董海义, 关玉慧, 刘盛画. 四极质谱在漂移管直线加速器上的应用[J]. 真空, 2018, 55(6): 5-9.
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[1] 李得天, 成永军, 张虎忠, 孙雯君, 王永军, 孙 健, 李 刚, 裴晓强. 碳纳米管场发射阴极制备及其应用研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 1 -9 .
[2] 周彬彬, 张 建, 何剑锋, 董长昆. 基于 CVD 直接生长法的碳纳米管场发射阴极[J]. 真空, 2018, 55(5): 10 -14 .
[3] 柴晓彤, 汪 亮, 王永庆, 刘明昆, 刘星洲, 干蜀毅. 基于 STM32F103 单片机的单泵运行参数数据采集系统[J]. 真空, 2018, 55(5): 15 -18 .
[4] 李民久, 熊 涛, 姜亚南, 贺岩斌, 陈庆川. 基于双管正激式变换器的金属表面去毛刺 20kV 高压脉冲电源[J]. 真空, 2018, 55(5): 19 -24 .
[5] 刘燕文, 孟宪展, 田 宏, 李 芬, 石文奇, 朱 虹, 谷 兵, 王小霞 . 空间行波管极高真空的获得与测量[J]. 真空, 2018, 55(5): 25 -28 .
[6] 徐法俭, 王海雷, 赵彩霞, 黄志婷. 化学气体真空 - 压缩回收系统在环境工程中应用研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 29 -33 .
[7] 谢元华, 韩 进, 张志军, 徐成海. 真空输送的现状与发展趋势探讨(五)[J]. 真空, 2018, 55(5): 34 -37 .
[8] 孙立志, 闫荣鑫, 李天野, 贾瑞金, 李 征, 孙立臣, 王 勇, 王 健, 张 强. 放样氙气在大型收集室内分布规律研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 38 -41 .
[9] 黄 思 , 王学谦 , 莫宇石 , 张展发 , 应 冰 . 液环压缩机性能相似定律的实验研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 42 -45 .
[10] 常振东, 牟仁德, 何利民, 黄光宏, 李建平. EB-PVD 制备热障涂层的反射光谱特性研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 46 -50 .