CSNS離子泵性能測試
中國散裂中子源(CSNS)加速器由直線加速器，LRBT(直線至環(huán)輸運線)、RCS(快循環(huán)同步加速器)和RTBT(環(huán)至靶站輸運線)構(gòu)成。為了維持加速器的真空環(huán)境，在各區(qū)段采用了141 臺各種型離子泵作為主抽泵。離子泵的極限真空和飽和抽速性能直接影響加速器是否能夠獲得良好的真空。在離子泵安裝之前，我們對每個型號的離子泵進行性能測試。本文詳細介紹了離子泵性能測試方法。經(jīng)過測試的離子泵，安裝到加速器上均能正常工作，動態(tài)真空滿足設(shè)計指標。
濺射離子泵是利用幾千伏和幾千高斯的正交電磁場約束下低壓強冷陰極氣體放電(潘寧放電)現(xiàn)象制成的一種清潔、長壽命、極限壓強可達10-9 Pa 的真空泵，它具有工作壓強范圍寬、便于控制、沒有運動部件、不易損壞等優(yōu)點。CSNS 加速器由直線加速器、LRBT、RCS 和RTBT 構(gòu)成，各個區(qū)段的動態(tài)真空優(yōu)于10-3 Pa、10-5 Pa、10-4 Pa。
直線加速器、LRBT、RCS 和RTBT 各區(qū)域通過全金屬閘板閥劃分成獨立的子區(qū)段。直線加速器分4 個區(qū)段，采用抽速1000L/s 的離子泵10臺；LRBT 分6 個區(qū)段，采用100L/s 的離子泵21臺；RCS 分8 個區(qū)段， 采用600L/s 的離子泵20臺、300L/s 的離子泵8 臺；RTBT 分5 個區(qū)段，采用100L/s 的離子泵16 臺、200L/s 的離子泵14臺、400L/s 離子泵4 臺。
2015 年7月到2016 年12月CSNS 加速器各區(qū)段離子泵陸續(xù)安裝完畢并運行調(diào)試。2017 年5月加速器開始通過束流，各區(qū)段動態(tài)真空達到設(shè)計指標。2017 年8 月28 日，CSNS 首次打靶成功，獲得中子束流，離子泵作為各區(qū)段的主泵，為其真空環(huán)境的獲得做出關(guān)鍵作用。
離子泵作為加速器的主泵，其極限真空度和飽和抽速是其獲得良好真空的關(guān)鍵指標。參考了國內(nèi)外濺射離子泵的測試方法，和行業(yè)標準，并結(jié)合CSNS 離子泵種類多，數(shù)量多的實際，從JB/T2965-92 標準出發(fā)，提出了離子泵的性能測試方法。2014 年10 月到2015 年7 月，對所有型號的離子泵進行抽檢，在廠家的共同努力下，其性能指標均達到指標。
1、測試原理和方法
CSNS 的離子泵由上海三井真空設(shè)備有限公司中標。離子泵及電源加工完成后，三井對其離子泵進行性能測試。極限真空要每臺進行測量；飽和抽速要進行抽檢，同一型號每10 臺抽檢1臺(不足10 臺部分按10 臺計)，如果出現(xiàn)不合格，則該批每10 臺再抽檢2 臺(不足10 臺部分亦按10 臺計)，如再出現(xiàn)不合格，則全部離子泵均進行測試。三井測試合格后，通知甲方，在工廠對離子泵進行最終測試驗收。
1.1、極限真空測試原理
將極限真空測試罩安裝在被測試的離子泵(圖1)上，對系統(tǒng)進行檢漏，檢漏合格后，啟動無油分子泵機組，并對測試罩和離子泵進行烘烤。10 小時后關(guān)閉角閥啟動離子泵，繼續(xù)烘烤38 小時候停止加熱，系統(tǒng)降溫。待冷卻到15~25℃之后，48 小時后得到測試泵的極限真空。
圖1 極限真空測試原理圖
1.2、抽速測試原理
將抽速測試罩安裝在離子泵上面(圖2)，對系統(tǒng)進行檢漏，檢漏合格后，啟動無油分子泵機組，進行與測試極限真空相同的烘烤程序。停止烘烤后，離子泵繼續(xù)工作。待冷卻到15~25℃之后，通過調(diào)節(jié)閥門V 2，放入干燥空氣，按照步驟得到離子泵在各個壓強下抽速和最大抽速。
抽速測試完畢后，關(guān)閉閥門V 2 并關(guān)閉離子泵，24 小時后P1 和P2 數(shù)值穩(wěn)定，得到P1 和P2 的比值(校規(guī)系數(shù))。利用校規(guī)系數(shù)修正抽速，得到準確的抽速。
圖2 抽速測試原理圖
5、結(jié)語
結(jié)合實際情況，本文提出了離子泵極限真空、抽速測定方法；搭建了抽速和規(guī)格系數(shù)自動測試平臺。利用該平臺，準確測定了離子泵的極限壓力和飽和抽速指標。測試方法合理可行，經(jīng)過和廠家的共同努力，用于CSNS 上的各個型號的離子泵最終都通過測試，其極限真空和抽速均滿足設(shè)計指標。
