加速器不锈钢管道真空室镀TiN薄膜系统的研究及实验

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获得性能优越的束流是加速器发展的重要目标。作为束流及其周围真空环境的承载体,加速器真空室材料性能与束流性能密切相关。因此,改善和提高加速器真空室材料性能,对于保障加速器的正常运行和促进加速器的进一步发展具有重要意义。对加速器真空室内壁进行镀膜处理是改善真空室材料性能的主要方法之一。本论文主要论述了针对不锈钢管道真空室进行的内壁镀TiN薄膜实验以及镀膜真空室的相关性能测试实验。设计了用于对加速器不锈钢管道真空室进行内壁镀TiN薄膜的镀膜系统。通过多次镀膜实验,获得了优化的镀膜参数,使系统能够稳定运行,并可以在较短时间内实现对真空室进行符合要求的镀膜处理。在此基础上,针对该镀膜装置,论证了磁控溅射镀膜的实验方案,设计了用于磁控溅射镀膜实验的电磁铁,并进行初步磁控溅射镀膜实验,为深入研究磁控溅射镀膜奠定了基础。为了验证该处理方法的有效性,对真空室在镀膜前后分别进行了热出气率测试实验。实验中,采用自动烘烤系统,并对真空计进行编程,实现数据的定时自动保存,大大减少了测试中的人工操作次数,以得到准确可靠的结果。测试结果表明,镀TiN薄膜处理对减小不锈钢材料的出气率有积极的作用。此外,在NSRL机器研究光束线的PSD实验站上,进行了不锈钢管道真空室镀膜前后的PSD测试对比实验,以检验镀膜处理在改善材料PSD性能方面的效果。与出气率测试实验类似,为了减小误差,得到相对可靠的数据,采用了同样的真空计编程程序,实现压强数据的定时保存。测试结果表明,不锈钢真空室在镀TiN薄膜处理后其PSD效应显著降低,这对于加速器的正常运行是非常有利的。对于正电子、质子以及重离子加速器,具有较高二次电子产额的真空室会导致电子云效应的形成,严重影响束流品质和加速器的正常运行。为了检验镀TiN薄膜处理方法在减小真空室材料二次电子产额方面的效果,在设计的二次电子产额测量装置上进行了镀膜小样品的二次电子产额测试。测试结果表明,镀TiN膜处理能够有效降低不锈钢材料的二次电子产额。最后,对溅射镀膜过程进行了初步理论分析,并编写了该过程的模拟程序,进行了薄膜沉积速率与放电镀膜参数之间关系的分析计算,得到了一些结论。
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