欢迎访问沈阳真空杂志社 Email Alert    RSS服务

真空 ›› 2022, Vol. 59 ›› Issue (4): 22-27.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.04.05

• 真空获得与设备 • 上一篇    下一篇

CSNS II离子源及LEBT真空系统*

刘顺明1,2, 宋洪1,2, 王鹏程1,2, 刘佳明1,2, 关玉慧1,2, 谭彪1,2, 孙晓阳1,2, 陈卫东1,2, 刘盛进1,2, 欧阳华甫1,2   

  1. 1. 散裂中子源科学中心,广东 东莞 523808;
    2. 中国科学院高能物理研究所,北京 100049
  • 收稿日期:2021-12-27 出版日期:2022-07-25 发布日期:2022-08-09
  • 通讯作者: 王鹏程,高级工程师。
  • 作者简介:刘顺明（1987-）,男,山东省临沂市人,硕士,工程师。
  • 基金资助:
    *国家自然科学基金面上项目（NO.11875271）

Vacuum System for CSNS II Ion Source and LEBT

LIU Shun-ming1,2, SONG Hong1,2, WANG Peng-cheng1,2, LIU Jia-ming1,2, GUAN Yu-hui1,2, TAN Biao1,2, SUN Xiao-yang1,2, CHEN Wei-dong1,2, LIU Sheng-jin1,2, OUYANG Hua-fu1,2   

  1. 1. Spallation Neutron Source Science Center, Dongguan 523808, China;
    2. Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（CAS）, Beijing 100049, China
  • Received:2021-12-27 Online:2022-07-25 Published:2022-08-09

摘要： CSNS II加速器的束流打靶功率从100kW升级至500kW,要求直线加速器平均束流功率从目前的5kW提高到25kW,脉冲束流强度从目前的12.5mA提高到大于40mA。为此,需将当前使用的潘宁（Penning）型表面负氢离子源更改为射频（RF）负氢离子源。考虑到切束器的切束比范围在35%~50%,LEBT通过率可达到75%~95%,故RF负氢离子源需要产生至少50mA的负氢离子束。负氢离子源氢气用量也需要由目前的10sccm提高至不低于20sccm,同时要求LEBT第二腔真空度≤5.0×10-3Pa。基于此,本文对离子源及LEBT真空系统进行了改造,提高了LEBT的束流通过率。并且对比了国内外两款磁悬浮分子泵对氢气的抽速,为后期分子泵的选型以及国产化替代提供一定的参考。

关键词: RF负氢离子源, LEBT真空系统, 分子泵系统改造, 氢气抽速

Abstract: The beam power of the CSNS II accelerator will be upgraded from 100kW to 500kW, which requires the average beam power of the linear accelerator to be increased from the current 5kW to 25kW, and the pulse beam intensity to be increased from 12.5mA to more than 40mA. For this reason, the Penning type surface negative hydrogen ion source currently in use will be replaced by a radio frequency（RF） negative hydrogen ion source. Considering that the beam cutting ratio of the beam chopper ranges from 35% to 50%, and the LEBT transmission rate can reach 75% to 95%, the RF negative hydrogen ion source needs to produce a negative hydrogen ion beam of at least 50mA. Therefore, the hydrogen gas consumption of the ion source needs to be increased from the current 10sccm to more than 20sccm,and the pressure of LEBT second chamber is required to be ≤5.0×10-3Pa. Based on this, the ion source and the LEBT vacuum system are modified in this paper,and the beam transmission rate of LEBT is improved. In addition, the pumping speed of hydrogen with two domestic and imported magnetic levitation molecular pumps is compared,which provides a certain reference for the selection of molecular pumps and localized substitution.

Key words: RF-driven H- ion source, LEBT vacuum system, modification of turbo molecular pumping system, hydrogen pumping speed

中图分类号: 

  • TB75
[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(1): 012002.
[4] 谭彪, 黄涛, 王鹏程, 等. 中国散裂中子源RCS真空系统[J]. 真空, 2021, 58(3): 1-6.
[5] 刘盛进, 欧阳华甫, 黄涛, 等. CSNS强流负氢离子源及其改进[J]. 原子能科学技术, 2019, 53(9): 1719-1723.
[6] CHEN W, LI H, ZHU R L, et al.Operation of RF-driven negative hydrogen ion source in China Spallation Neutron Source[J]. Review of Scientific Instruments, 2019, 90(11): 113320.
[7] CHENG D W.SNS front-end systems vacuum systems[R]. San Francisco: Lawrence Berkeley National Laboratory-University of California, 2001: 1-6.
[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] INST J.Accelerator technical design report for high-intensity proton accelerator facility project, J-PARC[R]. Tokyo: Japan Atomic Energy Research Institute, 2003.
[10] BENNETT J.A vacuum system for the ess accelerator[C]// Proceedings of EPAC 2002, Paris, 2002.
[11] VALERIO-LIZARRAGA C A, LEON-MONZON I, SCRIVENS R. Negative ion beam space charge compensation by residual gas[J]. Physical Review Special Topics-Accelerators and Beams, 2015, 18(8): 080101.
[12] DONG H, SONG H, LI Q, et al.The vacuum system of the China spallation neutron source[J]. Vacuum, 2018, 154: 75-81.
[13] 刘顺明, 关玉慧, 黄涛, 等. CSNS直线加速器真空系统及四极质谱检漏[J]. 真空与低温, 2019, 25(5): 348-354.
[14] 郭宁, 邱家稳, 江豪成. 分子泵对Xe气抽速的测试[J]. 真空, 2007(2): 15-17.
[15] 达道安. 真空设计手册: 第3版[M]. 北京: 国防工业出版社, 2004: 118-119.
[16] 王欲知, 陈旭. 真空技术:第2版[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007: 228-233.
[17] KERSEVAN R. Analytical and numerical tools for vacuum systems[C]//CAS2006, Spain: CERN, 2006(3): 285-312.
[18] HASEGAWA K.Status of the J-PARC linac[C]//Proceedings of Particle Accelerator Society Meeting, Ibaraki: JAEA, 2009.
[19] BÖHNERT M. Oil-free pump stations for pumping of the superconducting cavities of the TESLA test facility[C]// The 10th Workshop on RF Superconductivity, Tsukuba, Japan, 2001: 477-480.
[20] 卢耀文, 董云宁, 闫睿, 等. 一种基于CF400接口分子泵抽速测试装置[J]. 真空科学与技术学报, 2020, 40(5): 416-420.
[1] 李博, 侯德峰, 王晓冬, 巴德纯. 复合分子泵涡轮级参数对氦质谱检漏仪性能的影响研究*[J]. 真空, 2022, 59(4): 1-7.
[2] 张海峰，孙立臣，汪力，刘恩均，史纪军，孙立志. 载人航天器舱门检漏技术研究*[J]. 真空, 2022, 59(4): 8-11.
[3] 刘明昆, 李丹童, 邢子文. 双螺杆真空泵内压缩转子结构研究现状*[J]. 真空, 2022, 59(4): 28-32.
[4] 赵玺皓, 赵利壮, 王君, 李雪琴, 崔锋, 王增丽, 耿茂飞. 双螺杆真空泵新型正弦螺旋线型螺杆转子的设计与分析*[J]. 真空, 2022, 59(3): 1-6.
[5] 王鹏程, 孙晓阳, 敬罕涛, 黄涛, 刘佳明, 刘顺明, 谭彪. CSNS反角白光中子源真空系统*[J]. 真空, 2022, 59(3): 7-11.
[6] 刘胜, 崔寓淏, 窦仁超, 师立侠, 孙立臣, 任国华, 闫荣鑫. 真空试验压力变化数值模拟研究[J]. 真空, 2022, 59(3): 12-15.
[7] 周缘, 冉澳, 吴奕恒, 谢元华, 刘坤. 基于ANSYS的MEMS离子源测试用高真空腔设计与分析*[J]. 真空, 2022, 59(3): 16-19.
[8] 胡戎兴, 章恒, 余清洲, 舒晓冬, 干蜀毅. 基于unity3D平台的虚拟真空获得设备性能测试系统开发[J]. 真空, 2022, 59(3): 20-24.
[9] 李卓慧, 路同山, 刘家林, 孙松刚, 董栋, 施承天, 李灿伦, 张蕊. 快速减压环境模拟系统中减压时间的近似计算方法[J]. 真空, 2022, 59(3): 25-28.
[10] 孙成恺, 刘海静, 路同山, 李灿伦, 李卓慧, 高泽天, 王国防. 高精度梯度控温系统应用研究[J]. 真空, 2022, 59(2): 17-20.
[11] 廖泽宇, 毛世峰, 赵长莲, 叶民友. 面向聚变堆排灰气的直线型水银扩散泵抽气性能DSMC模拟研究*[J]. 真空, 2022, 59(2): 26-31.
[12] 张世伟, 高雷鸣, 李润达, 满永奎, 杜远鹏, 王波, 许祖近. 罗茨真空机组预抽阶段的抽气特性比较研究[J]. 真空, 2022, 59(1): 1-6.
[13] 李博, 侯德峰, 王晓冬, 巴德纯. 多口分子泵中检口位置对氦质谱检漏仪性能的影响研究[J]. 真空, 2021, 58(6): 1-7.
[14] 刘海静, 李灿伦, 路同山, 孙成恺, 李卓慧, 祁松松, 刘家林. 大口径超长U型气体池研制与分析[J]. 真空, 2021, 58(6): 55-58.
[15] 薛庆增, 陈久强, 冯骏骁, 滕龙, 李秀章, 李宏磊. 真空感应冶金设备隔离阀应用现状与展望[J]. 真空, 2021, 58(6): 59-62.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!
辽ICP备18010011号-1
版权所有 © 2018 《真空》编辑部
地址：沈阳市沈河区万柳塘路2号　 邮编：110042　 电话：（024）24134406 24110136 24121929　 传真：（024） 24121929　E-mail: zkzk1964@126.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发