介紹了電子儲(chǔ)存環(huán)注入凸軌沖擊磁鐵及其真空室常采用的幾種技術(shù)方案。合肥電子儲(chǔ)存環(huán)新凸軌注入系統(tǒng)選擇了鐵氧體磁鐵內(nèi)置陶瓷真空室的方式。為了同時(shí)滿足脈沖磁場(chǎng)穿透性能及束流耦合阻抗的要求,陶瓷真空室的內(nèi)壁須鍍1 層金屬薄膜。對(duì)已制備的鍍膜和無鍍膜陶瓷真空室尾場(chǎng)函數(shù)及損失因子進(jìn)行了測(cè)量,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了擬合計(jì)算,得到陶瓷真空室寬帶阻抗模型的有關(guān)參數(shù)。結(jié)合已進(jìn)行的脈沖磁場(chǎng)穿透性能的結(jié)果,確立了改進(jìn)的鍍膜參數(shù)。

　　根據(jù)不同的應(yīng)用,電子儲(chǔ)存環(huán)的注入凸軌沖擊磁鐵及真空室有幾種技術(shù)方案。傳統(tǒng)的作法是采用空氣芯線圈,在不銹鋼超高真空室內(nèi)放置單匝電流板線圈,以產(chǎn)生所需要的脈沖磁場(chǎng)。但這種方式勵(lì)磁效率低,體積大,真空室結(jié)構(gòu)不連續(xù),相對(duì)于其他真空管道的損失阻抗較大 。Dortmunt 大學(xué)研究人員為1.5 GeV 儲(chǔ)存環(huán)DEL TA 設(shè)計(jì)了1 種新的縫隙型結(jié)構(gòu),它中間的兩條金屬板離束流較近,通過大部分鏡像壁電流。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是耦合阻抗低,損失因子比普通空氣芯磁鐵小至少一個(gè)量級(jí),且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。SLAC 也準(zhǔn)備在NLC(next linear collider) 的2 種阻尼環(huán)(damping ring) 中采用這種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)仍是勵(lì)磁效率不高,要獲得較大寬度的好場(chǎng)區(qū),場(chǎng)形設(shè)計(jì)難度較大。

　　在第3 代同步輻射光源儲(chǔ)存環(huán)中廣泛采用了鐵氧體磁鐵內(nèi)置陶瓷真空室的方式 。使用陶瓷真空室的原因是使脈沖磁場(chǎng)能夠穿透真空室壁,避免渦流損耗及磁場(chǎng)波形畸變。陶瓷真空室內(nèi)壁須鍍1 層很薄的金屬膜,以維持壁電流的連續(xù)性,從而減少束流耦合阻抗。因金屬膜會(huì)產(chǎn)生渦流損耗,因此,鍍膜不能太厚。可以選擇非均勻鍍膜方式使鍍膜中具有一些絕緣條紋,這樣,既可減少渦流損耗及場(chǎng)畸變,又能維持較小的束流耦合阻抗。

　　合肥電子儲(chǔ)存環(huán)新凸軌注入系統(tǒng)項(xiàng)目中選擇了陶瓷真空室內(nèi)壁鍍膜的技術(shù)方案,并進(jìn)行了陶瓷真空室金屬化焊接實(shí)驗(yàn)及鍍膜實(shí)驗(yàn)。對(duì)鍍膜造成的磁場(chǎng)損耗、波形畸變及均勻性變化等影響進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)量。本工作在此基礎(chǔ)上,對(duì)真空室的縱向耦合阻抗進(jìn)行測(cè)量,結(jié)合磁場(chǎng)的分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確立進(jìn)一步改進(jìn)的鍍膜參數(shù)。

1、實(shí)驗(yàn)方法

　　為了測(cè)量陶瓷真空室及其他真空管道的阻抗,采用電流模擬法,并建立了一縱向阻抗測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自動(dòng)測(cè)量縱向尾場(chǎng)函數(shù)、能量損失因子、縱向阻抗,具有高斯電流脈沖寬度連續(xù)可調(diào)、精度高、定時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

　　無鍍膜陶瓷真空室、鍍膜陶瓷真空室、內(nèi)徑35 mm突變不銹鋼管道、無鍍膜陶瓷真空室外加導(dǎo)電鋁箔、鍍膜陶瓷真空室外加鐵氧體磁鐵和鍍膜陶瓷真空室外加導(dǎo)電鋁箔的形狀示于圖1。

圖1 　測(cè)量的幾種真空室

a ———無鍍膜;b ———鍍膜;c ———內(nèi)徑35 mm 突變不銹鋼管道;d ———無鍍膜外加導(dǎo)電鋁箔;e ———已鍍膜加磁鐵;f ———已鍍膜加導(dǎo)電鋁箔

　　待測(cè)的鍍膜陶瓷真空室兩端焊接有不銹鋼法蘭,內(nèi)孔為跑道形,截面尺寸為80 mm ×24 mm ,總長(包括兩端法蘭) 為350 mm。膜的方塊電阻約為1 Ω ,根據(jù)脈沖磁場(chǎng)穿透性能的要求,鍍膜具有一些絕緣條紋。在測(cè)量系統(tǒng)中,比較臂及測(cè)量臂的過渡段均為圓形( D=86 mm) ,在管子兩端為非平滑過渡,分別形成一內(nèi)突變和一外突變結(jié)構(gòu)。

2、測(cè)量結(jié)果及分析

2.1、無鍍膜和鍍膜的測(cè)量結(jié)果

　　無鍍膜和鍍膜2 種情況下的損失因子K 值曲線示于圖2 。圖2 (b) 是對(duì)應(yīng)束團(tuán)個(gè)數(shù)N =45 、存儲(chǔ)束流I = 300 mA 時(shí)的損失功率。采用了鍍膜陶瓷真空室的K 值及損失功率大約是未鍍膜真空室的1/ 5 。對(duì)應(yīng)于σ= 100 ps ,鍍膜陶瓷真空室的K 值為0.14 TV/ C ,損失功率為61 W。

圖2 　無鍍膜和鍍膜情況下的K 值曲線(a) 和損失功率(b)

●———未鍍膜; ○———鍍膜

2.2、其他幾種情況下的測(cè)量結(jié)果

　　測(cè)量件的兩端分別有一內(nèi)突變和一外突變結(jié)構(gòu),它們對(duì)K 值有一定貢獻(xiàn)。為了確定單獨(dú)由鍍膜引起的K 值以及研究進(jìn)一步增加鍍膜厚度的必要性,選擇了2 種測(cè)量件,無鍍膜陶瓷真空室外加導(dǎo)電鋁箔及內(nèi)徑為35 mm 的突變不銹鋼管道進(jìn)行比較。當(dāng)外加導(dǎo)電鋁箔和陶瓷真空室兩端金屬法蘭電接觸良好時(shí),可以認(rèn)為這種情況與同樣截面的不銹鋼管道阻抗基本一致。對(duì)內(nèi)徑35 mm 突變不銹鋼管道的測(cè)量也是因?yàn)樵摴艿劳蛔兘Y(jié)構(gòu)和陶瓷管相類似,故可以作為一個(gè)參考。鍍膜真空室、無鍍膜真空室外加導(dǎo)電鋁箔及內(nèi)徑35 mm 突變不銹鋼管道的K值示于圖3 。

　　從圖3 可見,對(duì)應(yīng)于σ= 100 ps ,鍍膜真空室、未鍍膜真空室外加導(dǎo)電鋁箔及內(nèi)徑35 mm突變不銹鋼管道的K 值分別為0.134 、0.091和0.063 TV/ C。因此,進(jìn)一步增加鍍膜厚度估計(jì)能夠使K 值進(jìn)一步減小, K 值大約能達(dá)到目前的1/2 。

　　真實(shí)情況下,鍍膜陶瓷真空室外均置有鐵氧體磁鐵。因此,應(yīng)測(cè)量阻抗以確定鐵氧體磁鐵及勵(lì)磁電流板對(duì)阻抗有無影響。測(cè)量時(shí),將勵(lì)磁電流板的一端接地(和真實(shí)情況相同) 。結(jié)果表明:鍍膜陶瓷真空室外加導(dǎo)電鋁箔的K 值沒有變化,這是因?yàn)殄兡て帘瘟穗姶艌?chǎng),因此,束流“看不到”鍍膜以外的導(dǎo)電層;外置鐵氧體磁鐵時(shí)的K 值也基本沒有變化。圖3 中K 值的差異在實(shí)驗(yàn)的誤差范圍內(nèi),如由更換中心導(dǎo)線或波形定時(shí)等引起的誤差。

圖3 　不同真空室的K 值曲線

□———鍍膜陶瓷真空室; ○———內(nèi)徑35 mm 突變不銹鋼管道; △———無鍍膜陶瓷真空室外加導(dǎo)電鋁箔;●———鍍膜陶瓷真空室外加導(dǎo)電鋁箔;▲———鍍膜陶瓷真空室外加鐵氧體磁鐵