HL-2A装置器壁处理质谱分析

为了对HL-2A装置升级改造后的器壁处理效果展开分析，使用四极质谱计对HL-2A装置壁处理过程中或壁处理前后的残余气体进行了质谱测量。利用粒子平衡方程和质谱图变化分析了直流辉光放电清洗过程中的气体成分变化。研究了HL-2A装置壁处理的性能并优化了He+D₂-GDC的氦氘比例参数。结果表明：HL-2A装置真空室烘烤除气后，残余气体中H₂O所占百分比由烘烤前的92%降至56%，真空室真空度达到2.2×10^-5Pa；在不同阶段利用H₂-GDC、He-GDC、He+D₂-GDC进行壁处理消除了真空室内部件升级改造对壁处理造成的不利影响，保障了HL-2A装置等离子体放电实验的开展。     

HL-2M装置真空室预抽气系统的研制

通过搭建HL-2M真空室整体预抽气系统,对真空室的设计、加工和安装工艺是否达到超高真空技术要求进行了试验检测。采用三套分子泵机组和一套低温泵机组作为主抽系统,对HL-2M真空室进行了预抽,72小时后真空室真空度达到3.7×10^-5Pa,超过了预期的预抽真空度。在本底真空度为3.7×10^-5Pa的条件下采用静态定容法测试真空室漏放气率,结果显示真空室漏气率为2.3×10^-7Pa·m³·s^-1,小于HL-2A真空室预抽时总漏放气率两个量级。试验证明通过合理的抽气机组配置,HL-2M装置真空室满足超高真空技术要求,为将来开展高品质等离子体实验提供了良好的条件。     

光阴极直流高压电子枪的极高真空系统

设计了一套用于光阴极直流高压电子枪的极高真空系统。首先对电子枪真空腔室的钛阳极、阴极和高压陶瓷分别进行表面处理及烘烤除气后确定材料表面放气率,然后对真空室压强进行模拟计算并确定配泵方案,最后在现场组装、检漏后对真空系统进行调试。调试过程中为了保证不能被直接加热的内部阴极杆在烘烤时充分除气,使用ANSYS-Fluent软件的S2S辐射模型对烘烤过程进行模拟并确定烘烤温度与时间。经过真空调试,电子枪腔内真空度为5.6×10~(-10)Pa,满足其极高真空设计要求。     

兰州重离子冷却储存环10-10 Pa 大型超高真空系统

形成并成功地实施一套完整的超高真空获得方案,以满足兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSL)6×10-9Pa超高真空度的要求.这套方案包括合理选择和配置真空排气系统及其他设备、合理选择材料、采用真空炉除气及在线烘烤等有效措施及大幅度降低材料出气率等.首先在样机上获得了5×10-10Pa的超高真空度,然后将样机的成功经验应用于HIR-FL-CSR大型超高真空系统.目前,已建成的各子系统真空度达到了(2×10-9～4×10-10)Pa.     

真空太阳能集热管烘烤排气高真空系统设计

试验证明X50烘烤排气台的抽真空性能明显优于X35烘烤排气台的抽真空性能。在装载集热管加热烘烤结束时,X35排气台和X50排气台的高阀处的真空度接近相等,为2×10-3Pa;在真空管道端部处的真空度,X50排气台的真空度为5×10-3Pa,X35排气台的真空度为1.7×10-2Pa,明显差于高阀处。根据流导计算和试验结果分析,设计的真空太阳能集热管烘烤排气台的高真空系统,提高了装集热管真空管道边缘处的真空度,缩短了装集热管真空管道边缘处的空恢时间,提高了装集热管真空管道边缘处的极限真空度,并能应急处理抽气时集热管炸裂的情况,最终提高真空太阳能集热管的使用寿命。     

电子束蒸发TiO_2膜通氧量对薄膜光学性能的影响

研究了不同通氧量对电子束蒸发沉积二氧化钛薄膜的光学性能影响。随着氧气流量从37.4×10-3Pa·m3·s-1增加到61.2×10-3Pa·m3·s-1,真空室的真空度从1.4×10-3Pa变化到2.5×10-3Pa,可以得到不同光学性能的二氧化钛薄膜。采用分光光度计测试其光谱,结果发现Ti O2薄膜的透射率峰值随着真空度降低而增大,折射率和消光系数随真空度降低先升高后降低。在真空度2.0×10-3Pa的工艺条件下,成膜质量最优,透射率为92%,折射率在2.50~2.20之间,消光系数在10-4以下。根据Cauchy方程拟合其色散规律,拟合曲线和采用包络法计算得到的曲线较好重合,折射率随波长的变化公式为n(λ)=2.17+6.12×104/λ2+2.98×108/λ4。     

扇聚焦回旋加速器（SFC）真空室改造

介绍了兰州重离子加速器的注入器SFC真空室的基本情况,为满足新建的放射性束流线RIBLL和冷却储存环CSR对HIRFL加速重离子的需要,对SFC真空室进行了改造.新真空室采用二次真空技术,在加速器中心平面真空度达到了8×10-6Pa.     

上海光源储存环真空系统

上海光源储存环真空系统已于2007年底建成并开始运行.这个真空系统采用了双室结构的薄壁不锈钢真空室,其尺寸公差都小于1mm,真空室安装位置公差都小于2mm;分散的吸收器有序排列在抽气室内,把同步辐射光准直并引入光束线,同时吸收废弃的同步辐射光,把热量转移到真空室外;波纹管内的高频屏蔽机构为单指型,避免了指间接触力和磨擦;(SIP+NEG)复合泵、SIP和TSP共用,采用合理的激活NEG泵和升华钛丝的工艺程序,提供了强大的抽速和容量.真空预调试时各段真空室内的极限真空都达到5×10 -9Pa.全环真空室安装并连通后,大部分真空室不烘烤,只烘烤全环真空泵的情况下,极限真空达到2×10 -8Pa.储存环运行在束流剂量260Ah、能量3.5GeV、流强220mA时,动态压强为0.8×10 -7Pa,束流寿命21h,达到了真空系统的设计指标1.33×10 -7Pa.     

极高真空校准室内残余气体的成分分析

用四极质谱计对316L不锈钢制作的极高真空(XHV)校准室在烘烤前、后的残余气体成分进行了分析。一个热阴极电离规(IE514)和一个四极质谱计(QMS200)连接在XHV校准室上。烘烤前,开、关热阴极电离规以及对其进行除气,放出的气体主要有H2O、CO、H2、CH4和CO2。烘烤后,开、关热阴极电离规以及对其进行除气,放出的气体主要有CO、H2、CO2和CH4。整个烘烤过程完成后2h,XHV校准室内的压力在室温下通过分子泵串联抽气机组抽至8.97×10-9Pa,用四极质谱计分析到的残余气体成分主要为H2和CO。整个烘烤过程完成后4h,打开非蒸散型吸气剂泵(NEGP)对XHV校准室抽气,结果表明NEGP对H2具有较大的抽速,但对碳氢类化合物(如CH4)和惰性气体几乎没有抽速。用NEGP对XHV校准室连续抽气72h后,XHV校准室内的压力从8.34×10-9Pa下降到9.12×10-10Pa。不锈钢XHV校准室内的残余气体成分中大量的CO和CO2主要来自于四极质谱计。     

空间行波管排气过程中残余气体的质谱分析

电真空器件内残余气体直接影响其阴极的发射能力与寿命。本文利用高灵敏度四极质谱仪监测了空间行波管在整个排气过程中的残余气体,对各阶段气体成分及含量进行了分析。结果表明:烘烤前,水为主要气体,占80%。前期擦拭用无水乙醇易污染真空系统;升温过程中氢迅速增多,当烘烤温度达到220℃时,H_2成为系统中主要气体;整个烘排过程H_2的分压小于10-3Pa,其余气体分压均小于10~(-4)Pa;烘烤结束后,H_2分压为2. 4×10~(-8)Pa,占74%。H_2O分压为6×10-9Pa,占20%;离子泵与吸气剂泵组可有效抽除残余气体,且对H_2的抽速高于对其他气体抽速;另外,质谱仪自身会放出H_2、H_2O、CH_4、CO_2等气体,在真空系统压力达到10-9Pa范围时,质谱仪自身放气已不可忽略。     

磁控溅射本底真空度对制备高锰硅的形貌影响

基于当前不同研究者在研究高锰硅过程中选用的本底真空度区间跨度过大的现状,本文以本底真空度为变量,在Si衬底上沉积锰膜,对不同本底真空度下获得的Mn/Si膜同时进行Ar气氛退火处理,退火前后的样品均用SEM对其形貌进行表征,并对结果进行分析,以确定合适的本底真空度参数。结果表明:在10~(-3) Pa本底真空度下,退火前薄膜表面的锰粒子会出现明显团聚现象,当本底真空度提高到10~(-4) Pa量级时,团聚现象得到显著改善。在4×10~(-3)～8×10~(-4) Pa本底真空度下,锰粒子的分布均匀程度较差。而本底真空度达到7×10~(-5) Pa时,薄膜表面会出现碎裂的情况。在溅射用于制备高锰硅的锰膜时,建议本底真空度在5.7×10~(-4)～7×10~(-5) Pa范围内。     

铬锆铜材料的热出气性能研究

采用双通道气路转换法测量了铬锆铜材料的出气率。对经过150℃、保温24 h烘烤的铬锆铜,测得的出气率为2.89×10~(-10)Pa·L·s~(-1)·cm~(-2)(等效氮气),烘烤温度提升至250℃时,铬锆铜的出气率降低约一个数量级。铬锆铜在真空炉中进行400℃、保温24 h除气处理后,仅经过150℃、保温24 h烘烤,出气率即低至1.64×10~(-11)Pa·L·s~(-1)·cm~(-2),进一步提升烘烤温度,出气率变化不大。通过X射线光电子谱分析铬锆铜在不同温度下的表面成分。在250℃时,铬锆铜表面Cu的氧化物已经基本完全分解,在400℃时,铬锆铜体内的Cr析出至表面,降至室温,Cr仍保留在表面。铬锆铜表面氧化层成分的变化是造成其出气率差异的原因。     

HIRFL-CSR磁元件真空室样机的研制

从结构设计和真空获得两方面介绍了HIRFL-CSR磁元件真空室样机的研制过程,给出了力学计算和实验结果.样机达到了10-10 Pa的超高真空度,研制结果表明HIRFL-CSR工程大型超高真空系统获得6×10-9 Pa的设计指标是可行的.     

特大型超高真空排气台的研制

为满足中科院高能物理研究所环型正负电子对撞机项目650 MHz/800 kW连续波速调管的超高真空排气需要,北方华创真空研制了由无油干泵和磁悬浮分子泵作为预抽系统,溅射离子泵作为主抽系统的特大型超高真空排气台。设备以温度和真空度作为主要工艺参数,对尺寸达到Φ1600 mm×5000 mm的连续波速调管进行高温真空烘烤排气,极限真空度优于8.0×10~(-8) Pa;烘烤温度25～600℃连续可调,温区均匀性±5℃,具备充氮快速降温功能,整个工艺过程实现自动化控制。     

ITER导体检漏真空室的设计与优化

本文介绍了ITER导体检漏真空室的结构设计;对设置中部加强筋与不设置中部加强筋条件下的壁厚分别做了计算比较,表明设置中部加强筋后可以将壁厚减少4.3 mm;给出了利用ANSYS软件对真空室壁厚进行优化计算的几何模型和数学模型,并得到最优壁厚分别为上、下封头15 mm,中筒10 mm;最后对真空机组进行了设计,选择1台1600 L/s复合分子泵、1台15 L/s前级泵、2台70L/s的粗抽泵组成的真空机组,达到1.0×10-4Pa的真空度需要抽气时间为10 h     

一台快速进入10~(-9)Pa的超高真空机组

本文叙述了快速进入10~(-9)Pa的超高真空机组的关键措施,描述了该机组的结构设计特点,新颖的表面处理工艺技术,以及独特的排气规范。该机组从大气开始抽气,经烘烤去气,总共历经20小时便可达到(4～7)×10~(-9)Pa的真空度。     

本底真空度对磁控溅射制备Ru薄膜微观结构、膜基结合力及耐蚀性能的影响

采用射频磁控溅射法在功率用半导体散热片Mo上制备了不同本底真空度的Ru薄膜,利用能谱仪、X射线衍射仪、纳米划痕仪及电化学工作站等仪器研究了本底真空度对Ru薄膜化学成分、微观结构、膜基结合力及耐蚀性能的影响。结果表明,随着本底真空度的降低,Ru薄膜中氧含量逐渐降低,当本底真空度为6.0×10-4Pa时,薄膜中氧含量为0%(原子分数);当本底真空度为6.0×10-2Pa时,薄膜两相共存,即hcp-Ru+fcc-RuO_2,此时,薄膜中RuO_2的相对质量分数约为13.7%;随着本底真空度的降低,薄膜中fcc-RuO_2相对质量分数逐渐减少,当本底真空度为6.0×10-4Pa时,薄膜中fcc-RuO_2相消失,为hcp-Ru单一相结构;受RuO_2相的影响,薄膜晶粒尺寸及膜基结合力随本底真空度的降低而逐渐增加。研究表明,在3.5%Na Cl溶液,本底真空度为6.0×10-4Pa的Ru薄膜耐蚀性能优于Mo衬底。     

真空度对纳米碳管场发射性能的影响

研究了单壁纳米碳管(SWNTs)、双壁纳米碳管(DWNTs)和多壁纳米碳管(MWNTs)在不同真空度下的场发射性能。在超高真空条件下(2.0×10-7Pa),以上三种材料均表现出良好的稳定性;而在高真空条件下(1.0×10-4Pa),三种材料的场发射稳定性有不同程度的下降。通过控制系统真空度在2.0×10-7Pa～1.3×10-3Pa范围内逐渐变化,考察了真空度对纳米碳管场发射性能的影响及其机制,提出适合于SWNTs、DWNTs和MWNTs场发射性能测试和应用的真空度下限分别为6.0×10-5Pa、1.0×10-4Pa和5.7×10-4Pa。     

HIAF强流重离子加速器真空室烘烤功率计算及热-结构耦合分析

针对薄壁真空室的使用特点,首先利用ANSYS有限元软件进行结构优化设计。其次通过理论计算和数值模拟相结合的方法计算出真空室烘烤功率,并给出在达到热平衡后真空室的温度分布规律。此外采用间接耦合法得到薄壁真空室在热-结构耦合状态下的变形及应力分布规律,结果表明升温阶段损失功率随时间而逐渐增加,真空室达到热平衡后损失功率保持恒定;仅大气压作用下真空室被压缩,高度方向的变形占主导地位,在烘烤过程中热载荷带来的影响较大,真空室长度方向的变形占主导地位;由于气体载荷和热载荷在某一点处所引起的应力方向不一致,所以真空室在热-结构耦合作用下的最大应力不是各个载荷应力值的线性叠加。     

微通道板(MCP)的真空出气性能研究

本文介绍了采用动态法测量铅硅酸盐玻璃微通道板(MCP)未烘烤和高温烘烤后的出气特性,通过整理实验数据得出MCP的出气速率曲线。得出未经烘烤处理的MCP常温出气率最大为3.99×10-7Pa·L/s·cm~2左右。经过430℃24小时烘烤冷却后,最大为1.86×10~(-8)Pa·l/s·cm~2左右。从实验数据看出其有一定的吸气效果。对残余气体谱图进行分析,发现其易受碳氢化合物或其含氧衍生物污染,并且通过高温烘烤也难以清除干净。