BEPC Ⅱ束流引入的真空測量誤差
當(dāng)BEPCⅡ貯存環(huán)的束流驟然迷失時(shí),真空計(jì)和離子泵的壓力測量值都先有一個(gè)剎時(shí)的減小,之后才逐步升高到本底壓力。這表明束流運(yùn)行時(shí)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(shí)失蹤,真空計(jì)測量值反映的是理論壓力。關(guān)于某個(gè)真空計(jì),利用驟然丟束后壓力測量值隨工夫變遷的數(shù)據(jù)繼續(xù)非線性擬合,失去一條負(fù)指數(shù)衰減的偷空曲線,依據(jù)它外推能夠失去丟束時(shí)時(shí)的理論壓力。關(guān)于好多次驟然丟束,用這種步驟視察丟束流強(qiáng)相反聲該真空計(jì)誤差量的變遷,發(fā)現(xiàn)誤差量與流強(qiáng)根本呈反比例關(guān)系。經(jīng)過曲線擬合求得對比系數(shù),也就失去了在肆意流強(qiáng)下依據(jù)該真空計(jì)壓力測量值來劃算理論壓力的公式。
高能減速器在束流運(yùn)行時(shí),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(huán)的電子束流為300mA時(shí),電子環(huán)均勻壓力約為146nPa,而無束流時(shí)均勻壓力僅為29nPa。當(dāng)正在運(yùn)行的束流驟然迷失時(shí)(比如高頻腔壓故障,丟束工夫在多少秒鐘內(nèi)),同步光對氣載的奉獻(xiàn)也很快變?yōu)榱?真空零碎的壓力無須逐步升高,回歸到無束流時(shí)的本底壓力。然而,在BEPCⅡ貯存環(huán)的束流運(yùn)行中咱們發(fā)現(xiàn),驟然丟束后真空測量儀器上預(yù)示的壓力值并不徹底是逐步上升的:在丟束后的多少秒內(nèi)有一個(gè)大踏步的剎時(shí)上升,之后才是逐步上升到本底壓力。
這種丟束時(shí)壓力測量值剎時(shí)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?yàn)槭鬟\(yùn)行時(shí)真空計(jì)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(shí)光電效應(yīng)即時(shí)終了,誤差也即時(shí)失蹤,此外壓力測量值即時(shí)回歸到理論值,體現(xiàn)為一個(gè)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(fā)當(dāng)初規(guī)管所在的支路彈道(原文稱之為“規(guī)管脖子”)加裝一個(gè)二極磁石,能夠在定然水平上偏轉(zhuǎn)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(huán)式真空泵
下文說明了在BEPCⅡ貯存環(huán)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(jī)理,而是給出了一種劃算驟然丟束時(shí)時(shí)的理論壓力的步驟,進(jìn)而依據(jù)好多次驟然丟束后真空計(jì)的壓力數(shù)據(jù)失去真空計(jì)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(fù)極規(guī)(CCG)和熱負(fù)極規(guī)(BAG),除此之外聯(lián)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(shù)都銷毀在歷史數(shù)據(jù)庫中,每10s銷毀一次。從歷史數(shù)據(jù)中能夠發(fā)現(xiàn),每當(dāng)驟然丟束時(shí),真空計(jì)的壓力讀數(shù)都會先有一個(gè)較大踏步的上升(20s以內(nèi)),而后才逐步依照指數(shù)衰減法則變小,濺射離子泵的壓力讀數(shù)也有相似的跳變景象。圖1示意的是正、陰電子環(huán)某次驟然丟束時(shí)真空測量儀器紀(jì)錄的壓力數(shù)據(jù)。其中,圖1(a)中I(e+)示意的是陽電子束流的流強(qiáng),P(R2I-CCG6)、P(R1I-BAG1)和P(R2O-INP26)別離示意陽電子環(huán)某冷規(guī)、熱規(guī)和濺射離子泵測量的壓力,圖1(b)是陰電子環(huán)的相似狀況。
圖1 丟束時(shí)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(shù)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(yùn)行時(shí)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(shí)即時(shí)失蹤,體現(xiàn)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(nèi)中。2、利用丟束后的壓力測量數(shù)據(jù)劃算丟束時(shí)時(shí)的理論壓力
因?yàn)樯鲜稣`差是束流引入的,咱們能夠覺得丟束20s之后的真空計(jì)測量值反映了理論壓力。那么,咱們能夠依據(jù)丟束20s之后的壓力數(shù)據(jù)繼續(xù)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(shí)時(shí)的理論壓力。
咱們思忖真空計(jì)所在的一個(gè)真空盒單元,因?yàn)橄噜彽恼婵蘸星闆r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(gè)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(dá)成失調(diào)的內(nèi)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(shù)衰減關(guān)系:
其中P0=Q0/S為本底壓力,K1是與起始時(shí)時(shí)有關(guān)的常數(shù),K2是真空零碎的工夫常數(shù),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(jù)丟束20s當(dāng)前的P隨t變遷的數(shù)據(jù)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(jié)束丟束時(shí)時(shí)的理論壓力。
以陽電子環(huán)冷規(guī)R1I-CCG6為例。在2008年1月17日的0點(diǎn)1min50s產(chǎn)生過一次驟然丟束,290mA的陽電子束流在多少秒鐘內(nèi)丟掉,咱們視察到剛剛丟束的10s內(nèi)壓力測量值從79(×13.3nPa)變?yōu)?8(×13.3nPa),20s之后大體按指數(shù)法則衰減。P-t數(shù)據(jù)見表1,以剛結(jié)束丟束時(shí)為t=0時(shí)時(shí)。
咱們覺得丟束20s之后的真空計(jì)讀數(shù)能夠代辦理論壓力,那么去掉表1中的前兩組數(shù)據(jù),以從20s到300s的數(shù)據(jù)來擬合(如圖2),失去式(1)的三個(gè)常數(shù):
P0=14.58100
K1=14.36937
K2=52.09548
由此可得,當(dāng)t=0時(shí),理論壓力P=P0+K1=28.9(×13.3nPa),其數(shù)值比真空計(jì)的壓力測量值79(×13.3nPa)要小很多。可見,在290mA束流運(yùn)行時(shí),壓力測量值存在著較大的正誤差。
圖2 依據(jù)丟束20s之后的數(shù)據(jù)擬合P-t曲線3、誤差量與流強(qiáng)的關(guān)系及真空計(jì)校對公式
因?yàn)轶E然丟束對設(shè)施是無害的,咱們使不得故意地做驟然丟束試驗(yàn),也就無奈失去很充足的數(shù)據(jù),然而利用過來產(chǎn)生的驟然丟束狀況的歷詩經(jīng)錄能夠失去好多個(gè)流強(qiáng)I下的真空度測量值P1和理論值P2的對照。陽電子以冷規(guī)R1I-CCG6為例,如表2,陰電子以冷規(guī)R3I-CCG6為例,如表3。
因?yàn)槭鲗φ婵帐覂?nèi)壁有掃除作用,隨著束流運(yùn)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(qiáng)I不呈線性關(guān)系。然而,咱們發(fā)現(xiàn)束流引入的誤差P1-P2與I根本上是呈線性關(guān)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(qiáng)成反比的,沒有束流的時(shí)機(jī)也沒有這種誤差,上述線性關(guān)系無須就是容易的反比例關(guān)系,也就是一條過原點(diǎn)的曲線。那末咱們利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)擬合失去P1-P2隨I的變遷關(guān)系,那么在已知流強(qiáng)I和真空度測量值P1的狀況下,就能夠依據(jù)上述變遷關(guān)系來劃算真空度理論值P2。
表2 陽電子環(huán)R1I-CCG6的數(shù)據(jù) 表3 陰電子環(huán)R3I-CCG6的數(shù)據(jù)
對表2中的P1-P2隨I的變遷關(guān)系作過原點(diǎn)的線性擬合,如圖3。
圖3 R1I-CCG6的誤差隨流強(qiáng)的變遷關(guān)系擬合
關(guān)于陽電子環(huán)冷規(guī)R1I-CCG6來說,已知流強(qiáng)I和壓力測量值P1,就能夠依據(jù)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(guān)系作過原點(diǎn)的線性擬合,如圖4。
圖4 R3I-CCG6的誤差隨流強(qiáng)的變遷關(guān)系擬合
關(guān)于陰電子環(huán)冷規(guī)R3I-CCG6來說,已知流強(qiáng)I和壓力測量值P1,就能夠依據(jù)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(yùn)行時(shí)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(shù)據(jù),經(jīng)過非線性擬合,能夠求得丟束時(shí)時(shí)的理論壓力。用這種步驟視察丟束流強(qiáng)相反聲誤差量的變遷,發(fā)現(xiàn)了誤差量與流強(qiáng)根本呈反比例關(guān)系,并經(jīng)過曲線擬合求得了對比系數(shù)。這也就失去了依據(jù)流強(qiáng)和壓力測量值來劃算理論壓力的公式。
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