BEPC Ⅱ束流引入的真空測量誤差
當BEPCⅡ貯存環的束流驟然迷失時,真空計和離子泵的壓力測量值都先有一個剎時的減小,之后才逐步升高到本底壓力。這表明束流運行時壓力測量值中存在著束流引入的正誤差,誤差量正是測量值減去理論值之差。丟束之后束流引入的誤差即時失蹤,真空計測量值反映的是理論壓力。關于某個真空計,利用驟然丟束后壓力測量值隨工夫變遷的數據繼續非線性擬合,失去一條負指數衰減的偷空曲線,依據它外推能夠失去丟束時時的理論壓力。關于好多次驟然丟束,用這種步驟視察丟束流強相反聲該真空計誤差量的變遷,發現誤差量與流強根本呈反比例關系。經過曲線擬合求得對比系數,也就失去了在肆意流強下依據該真空計壓力測量值來劃算理論壓力的公式。
高能減速器在束流運行時,真空零碎的氣載重要來自同步普照耀真空室壁招致的氣體分子脫附,本底的放氣只占很小的一全體。比如BEPCⅡ貯存環的電子束流為300mA時,電子環均勻壓力約為146nPa,而無束流時均勻壓力僅為29nPa。當正在運行的束流驟然迷失時(比如高頻腔壓故障,丟束工夫在多少秒鐘內),同步光對氣載的奉獻也很快變為零,真空零碎的壓力無須逐步升高,回歸到無束流時的本底壓力。然而,在BEPCⅡ貯存環的束流運行中咱們發現,驟然丟束后真空測量儀器上預示的壓力值并不徹底是逐步上升的:在丟束后的多少秒內有一個大踏步的剎時上升,之后才是逐步上升到本底壓力。
這種丟束時壓力測量值剎時上升的景象在PEP-Ⅱ和KEKB等海外減速器上都視察到了。PEP-Ⅱ和KEKB都覺得,這是因為束流運行時真空計壓力測量值中存在著束流帶來的同步光電子所引入的誤差,驟然丟束時光電效應即時終了,誤差也即時失蹤,此外壓力測量值即時回歸到理論值,體現為一個大踏步的上升。PEP-Ⅱ視察到在存在縱向磁場的真空彈道處(比如真空盒外繞螺線管),同步光電子受到縱向磁場克制,這種誤差會減小。KEKB發當初規管所在的支路彈道(原文稱之為“規管脖子”)加裝一個二極磁石,能夠在定然水平上偏轉同步光電子,同聲減小這種誤差。該署景象都支撐了誤差來自同步光電子的推斷。水環式真空泵
下文說明了在BEPCⅡ貯存環真空零碎上視察到的束流引入真空測量誤差的景象。那里,咱們不探討引入誤差的外在機理,而是給出了一種劃算驟然丟束時時的理論壓力的步驟,進而依據好多次驟然丟束后真空計的壓力數據失去真空計的校對公式。1、BEPCⅡ束流引入真空測量誤差的視察
BEPCⅡ真空零碎上重要的真空測量儀器是冷負極規(CCG)和熱負極規(BAG),除此之外聯合了非蒸和尚頭吸氣劑的濺射離子泵(INP)也能給出壓力測量值。該署儀器的讀數都銷毀在歷史數據庫中,每10s銷毀一次。從歷史數據中能夠發現,每當驟然丟束時,真空計的壓力讀數都會先有一個較大踏步的上升(20s以內),而后才逐步依照指數衰減法則變小,濺射離子泵的壓力讀數也有相似的跳變景象。圖1示意的是正、陰電子環某次驟然丟束時真空測量儀器紀錄的壓力數據。其中,圖1(a)中I(e+)示意的是陽電子束流的流強,P(R2I-CCG6)、P(R1I-BAG1)和P(R2O-INP26)別離示意陽電子環某冷規、熱規和濺射離子泵測量的壓力,圖1(b)是陰電子環的相似狀況。
圖1 丟束時壓力測量值的驟然減小
在泵抽速恒定的狀況下,真空零碎的工夫常數無須是一成不變的,圖1中壓力測量值的驟然升高和逐步升高顯然相互抵觸。那里咱們龜鑒PEP2Ⅱ和KEKB的引證,束流運行時真空測量儀器的壓力測量值存在著束流引入的誤差,這種誤差在驟然丟束時即時失蹤,體現為壓力測量值的驟然升高,之后的壓力測量值逐步升高才是理論壓力的變遷內中。2、利用丟束后的壓力測量數據劃算丟束時時的理論壓力
因為上述誤差是束流引入的,咱們能夠覺得丟束20s之后的真空計測量值反映了理論壓力。那么,咱們能夠依據丟束20s之后的壓力數據繼續非線性擬合,失去丟束之后的偷空曲線,并由該曲線來外推丟束時時的理論壓力。
咱們思忖真空計所在的一個真空盒單元,因為相鄰的真空盒情況很瀕臨,可疏忽相鄰真空盒間的凈氣體固定,將本真空盒相近為一個開啟零碎。假如本底放氣率為Q0,泵的總抽速為S,真空盒體積為V,理論壓力為P,從驟然丟束到壓力再次達成失調的內中中,P無須滿足如次方程:
P與抽氣工夫t大體滿足如次指數衰減關系:
其中P0=Q0/S為本底壓力,K1是與起始時時有關的常數,K2是真空零碎的工夫常數,1/K2=S/V是單位體積上散布的抽速。
表1 丟束后R1I2CCG6的壓力測量值變遷
依據丟束20s當前的P隨t變遷的數據能夠擬合公式(1):P=P0+K1exp(-t/K2),由擬合的曲線外推可求得剛結束丟束時時的理論壓力。
以陽電子環冷規R1I-CCG6為例。在2008年1月17日的0點1min50s產生過一次驟然丟束,290mA的陽電子束流在多少秒鐘內丟掉,咱們視察到剛剛丟束的10s內壓力測量值從79(×13.3nPa)變為48(×13.3nPa),20s之后大體按指數法則衰減。P-t數據見表1,以剛結束丟束時為t=0時時。
咱們覺得丟束20s之后的真空計讀數能夠代辦理論壓力,那么去掉表1中的前兩組數據,以從20s到300s的數據來擬合(如圖2),失去式(1)的三個常數:
P0=14.58100
K1=14.36937
K2=52.09548
由此可得,當t=0時,理論壓力P=P0+K1=28.9(×13.3nPa),其數值比真空計的壓力測量值79(×13.3nPa)要小很多。可見,在290mA束流運行時,壓力測量值存在著較大的正誤差。
圖2 依據丟束20s之后的數據擬合P-t曲線3、誤差量與流強的關系及真空計校對公式
因為驟然丟束對設施是無害的,咱們使不得故意地做驟然丟束試驗,也就無奈失去很充足的數據,然而利用過來產生的驟然丟束狀況的歷詩經錄能夠失去好多個流強I下的真空度測量值P1和理論值P2的對照。陽電子以冷規R1I-CCG6為例,如表2,陰電子以冷規R3I-CCG6為例,如表3。
因為束流對真空室內壁有掃除作用,隨著束流運行工夫的累積,均勻每毫安束流所引入的氣載是逐步減小的。另外,相反次注入的束流,同步普照耀的地位可能不徹底相反,招致均勻每毫安束流所引入的氣載有所變遷。因而,表2和表3中理論壓力P2與流強I不呈線性關系。然而,咱們發現束流引入的誤差P1-P2與I根本上是呈線性關系。依照PEP-Ⅱ和KEKB的論斷,束流引入的誤差是同步光電子造成的,思忖到同步光電子的量是與束流流強成反比的,沒有束流的時機也沒有這種誤差,上述線性關系無須就是容易的反比例關系,也就是一條過原點的曲線。那末咱們利用現有的數據擬合失去P1-P2隨I的變遷關系,那么在已知流強I和真空度測量值P1的狀況下,就能夠依據上述變遷關系來劃算真空度理論值P2。
表2 陽電子環R1I-CCG6的數據 表3 陰電子環R3I-CCG6的數據
對表2中的P1-P2隨I的變遷關系作過原點的線性擬合,如圖3。
圖3 R1I-CCG6的誤差隨流強的變遷關系擬合
關于陽電子環冷規R1I-CCG6來說,已知流強I和壓力測量值P1,就能夠依據上面的公式劃算理論壓力P2:
P2=P1-0.1835I(單位同表2)
對表3中的P1-P2隨I的變遷關系作過原點的線性擬合,如圖4。
圖4 R3I-CCG6的誤差隨流強的變遷關系擬合
關于陰電子環冷規R3I-CCG6來說,已知流強I和壓力測量值P1,就能夠依據上面的公式劃算壓力理論值P2:
P2=P1-0.02341I(單位同表3)4、論斷
BEPCⅡ束流運行時真空測量中存在著束流引入的誤差。利用驟然丟束后壓力隨工夫變遷的數據,經過非線性擬合,能夠求得丟束時時的理論壓力。用這種步驟視察丟束流強相反聲誤差量的變遷,發現了誤差量與流強根本呈反比例關系,并經過曲線擬合求得了對比系數。這也就失去了依據流強和壓力測量值來劃算理論壓力的公式。
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