Электронные накопители и синхротроны

Поток тепловой десорбции со стенок камеры равен 2,6 • 10 ⁷ м² • Па/с. Камеры ВЭПП-3 изготавливают из нержавеющей стали Х18Н10Т. Распределенный разрядный насос состоит из цепочки квадратных ячеек со стороной 6 мм и высотой 14 мм; быстрота его действия составляет 0,1 м³/с на 1 м при В =1,1 т1,6 Тл (энергия 2—3 ГэВ). Внешние триодные магниторазрядные насосы с быстротой действия 0,15 м³/с поддерживают вакуум при выключенных магнитах. Прямые промежутки откачиваются комбинированными агрегатами (S =0,8 м^л/с), содержащими испарители титана и разрядные электроды.

В накопителе ВЭПП-3 область взаимодействия электронов и позитронов и регистрации вторичных частиц имеет длину 3 м; она отделена от основной камеры диафрагмами. Поток синхротронно-стимулированной десорбции равен 7 х х 10^-6 м³ • Па/с; приток газа из соседних участков камеры составляет 2,6 х х 10 ⁸ Па • м³/с. Для получения в экспериментальной области давления 10⁸ Па необходима быстрота откачки 5 м³1с. На концах области взаимодействия размещены четыре полости со стенками из нержавеющей стали, охлаждаемые жидким азотом. Общая площадь их поверхности 1 м²; над ними натянуты проволочные испарители титана. Такая система обеспечивает полную быстроту откачки 30 — 50 м /си получение среднего рабочего давления в экспериментальной области 7 • 10 ⁹ Па при давлении в камере накопителя 10^-6 Па. В вакуумной камере накопителя ВЭПП-3 описанная система откачки позволила получить после прогрева собранной камеры при 600 К в течение 24 ч давление 4 * 10~⁸ Па.

Накопитель ВЭПП-4 имеет два полукольца со средним радиусом 45,5 м и два прямых промежутка: один длиной 40 м с устройством инжекции, другой длиной 55 м в форме ломаной из двух отрезков. При энергии 7 ГэВ и токах пучков 0,1 А общая мощность синхротронного излучения в ВЭПП-4 составляет более 1 МВт. Встроенный распределенный насос при В —0,7 Тл (энергия 7 ГэВ) имеет быстроту действия на 1 м 0,1 м^э/с. В режиме с энергией 5,5 ГэВ при токах пучков 15 мА получено давление (5—7) • 10 ⁷ Па. Область взаимодействия пучков в ВЭПП-4 — это алюминиевая труба диаметром 400 мм и длиной около 1000 мм с двмя плоскими раструбами из нержавеющей стали по концам с углом раствора 15 . Приемники синхротронного излучения в форме штырей установлены в торцах камеры на расстоянии 5 м от места взаимодействия. В раструбах камеры установлены встроенные разрядные насосы и испарители титана; быстрота откачки на 1 м в области взаимодействия 3 м³/с. Измеренное давление на расстоянии 0,5 м от приемника излучения составило при токах пучков 7 мА около 7 * 10 ⁸ Па.

Один из крупнейших современных электрон-позитронных накопителей — установка PETRA лаборатории DESY в Гамбурге (рис. 5.6). Соединение отверстиями параллельных каналов камеры обеспечивает максимальную быстроту откачки при минимальном нарушении высокочастотной гладкости камеры.

Откачку камеры накопителя PETRA затрудняют малый угол падения синхротронного излучения на стенку (около 20 мрад), способствующий повышению фотоэлектронной эмиссии, большая полная мощность синхротронного излучения (до 3,5 МВт) и высокая критическая энергия его фотонов (до 70 кэВ). Полная установленная быстрота откачки составляет 250 м³/с, половина ее обеспечивается встроенными насосами. Кроме того, вдоль кольца размещено 250 вспомогательных внешних насосов.

Камера разделена на 30 секторов с помощью клапанов на уплотнениях из витона. Производная давления по току пучка dp/dl в накопителе PETRA описывается эмпирическим уравнением (1.16) и убывает с ростом величины D — f Idt, где t — время эксплуатации накопителя (рис. 5.7).

В ЦЕРНе строится крупнейший электрон-позитронный накопитель LEP. Строительство предполагается завершить в два этапа, соответственно с использованием обычных и сверхпроводящих резонаторов (табл. 5.4).

Мощность синхротронного излучения в LEP, падающая на 1 м длины камеры, равна 1,1 кВт при энергии 85 ГэВ. Для предотвращения выхода значительной части синхротронного излучения в пространство туннеля, где могут образовываться коррозионно-активные и токсичные химические соединения (озон, окислы азота), необходимы экраны из листов свинца, плотно прикрепленных к стенкам камеры.

Таблица 5.4. Параметры накопителя LEP

Камера LEP будет разделена клапанами на секции длиной по 474 м. В проекте LEP решено отказаться от распределенных разрядных насосов в пользу ленточных переопыляемых геттеров по причине их простоты и трудности зажигания разряда при малых магнитных полях в период инжекции. В канале камеры, первоначально предназначенном для разрядных насосов, будет протянута пента из константана, покрытая геттером. Нераспыляемый геттер — сплав 84% Zr + 16% Al, нанесенный спеканием порошка на константановую ленту. На поверхности геттера образуются стабильные соединения активных газов (Oj, Nj, HjO, СО, COj). Температура геттера должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить необходимую скорость диффузионного ухода газов с его поверхности в глубину. В накопителе LEP геттерная лента шириной 30 мм имеет на 1 м длины быстроту откачки 0,5 м³/с. Этот геттер в электрон-позитронном накопителе может работать при комнатной температуре, но изредка должен прогреваться (при начале падения быстрота откачки). Для восстановления быстроты откачки достаточно нескольких минут прогрева при 700 К.