CSNS离子泵性能测试

来源:真空技术网(真空泵 www.ahhtbfc.com)东莞中子科学中心 作者:黄涛

真空泵 www.ahhtbfc.com   中国散裂中子源(CSNS)加速器由直线加速器,LRBT(直线至环输运线)、RCS(快循环同步加速器)和RTBT(环至靶站输运线)构成。为了维持加速器的真空环境,在各区段采用了141 台各种型离子泵作为主抽泵。离子泵的极限真空和饱和抽速性能直接影响加速器是否能够获得良好的真空。在离子泵安装之前,我们对每个型号的离子泵进行性能测试。本文详细介绍了离子泵性能测试方法。经过测试的离子泵,安装到加速器上均能正常工作,动态真空满足设计指标。

  溅射离子泵是利用几千伏和几千高斯的正交电磁场约束下低压强冷阴极气体放电(潘宁放电)现象制成的一种清洁、长寿命、极限压强可达10-9 Pa 的真空泵,它具有工作压强范围宽、便于控制、没有运动部件、不易损坏等优点。CSNS 加速器由直线加速器、LRBT、RCS 和RTBT 构成,各个区段的动态真空优于10-3 Pa、10-5 Pa、10-4 Pa。

  直线加速器、LRBT、RCS 和RTBT 各区域通过全金属闸板阀划分成独立的子区段。直线加速器分4 个区段,采用抽速1000L/s 的离子泵10台;LRBT 分6 个区段,采用100L/s 的离子泵21台;RCS 分8 个区段, 采用600L/s 的离子泵20台、300L/s 的离子泵8 台;RTBT 分5 个区段,采用100L/s 的离子泵16 台、200L/s 的离子泵14台、400L/s 离子泵4 台。

  2015 年7月到2016 年12月CSNS 加速器各区段离子泵陆续安装完毕并运行调试。2017 年5月加速器开始通过束流,各区段动态真空达到设计指标。2017 年8 月28 日,CSNS 首次打靶成功,获得中子束流,离子泵作为各区段的主泵,为其真空环境的获得做出关键作用。

  离子泵作为加速器的主泵,其极限真空度和饱和抽速是其获得良好真空的关键指标。参考了国内外溅射离子泵的测试方法,和行业标准,并结合CSNS 离子泵种类多,数量多的实际,从JB/T2965-92 标准出发,提出了离子泵的性能测试方法。2014 年10 月到2015 年7 月,对所有型号的离子泵进行抽检,在厂家的共同努力下,其性能指标均达到指标。

1、测试原理和方法

  CSNS 的离子泵由上海三井真空设备有限公司中标。离子泵及电源加工完成后,三井对其离子泵进行性能测试。极限真空要每台进行测量;饱和抽速要进行抽检,同一型号每10 台抽检1台(不足10 台部分按10 台计),如果出现不合格,则该批每10 台再抽检2 台(不足10 台部分亦按10 台计),如再出现不合格,则全部离子泵均进行测试。三井测试合格后,通知甲方,在工厂对离子泵进行最终测试验收。

  1.1、极限真空测试原理

  将极限真空测试罩安装在被测试的离子泵(图1)上,对系统进行检漏,检漏合格后,启动无油分子泵机组,并对测试罩和离子泵进行烘烤。10 小时后关闭角阀启动离子泵,继续烘烤38 小时候停止加热,系统降温。待冷却到15~25℃之后,48 小时后得到测试泵的极限真空。

极限真空测试原理图

图1 极限真空测试原理图

  1.2、抽速测试原理

  将抽速测试罩安装在离子泵上面(图2),对系统进行检漏,检漏合格后,启动无油分子泵机组,进行与测试极限真空相同的烘烤程序。停止烘烤后,离子泵继续工作。待冷却到15~25℃之后,通过调节阀门V 2,放入干燥空气,按照步骤得到离子泵在各个压强下抽速和最大抽速。

  抽速测试完毕后,关闭阀门V 2 并关闭离子泵,24 小时后P1 和P2 数值稳定,得到P1 和P2 的比值(校规系数)。利用校规系数修正抽速,得到准确的抽速。

抽速测试原理图

图2 抽速测试原理图

5、结语

  结合实际情况,本文提出了离子泵极限真空、抽速测定方法;搭建了抽速和规格系数自动测试平台。利用该平台,准确测定了离子泵的极限压力和饱和抽速指标。测试方法合理可行,经过和厂家的共同努力,用于CSNS 上的各个型号的离子泵最终都通过测试,其极限真空和抽速均满足设计指标。

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