真空室內(nèi)壁鍍TiZrV吸氣劑薄膜的工藝及薄膜相關(guān)性能的研究.pdf

1、為了減少殘余氣體散射所導(dǎo)致的束流損失，維持較長的束流壽命，加速器儲(chǔ)存環(huán)真空室中需要清潔的超高真空環(huán)境。儲(chǔ)存環(huán)中超高真空的獲得和維持主要是通過離散分布的真空泵（如濺射離子泵和鈦升華泵）來實(shí)現(xiàn)，但同步輻射光和高能粒子轟擊真空室內(nèi)壁引起表面放氣，造成較高的動(dòng)態(tài)氣載，同時(shí)由于真空室流導(dǎo)的限制，氣壓在真空室內(nèi)部的分布存在一定的縱向梯度，即真空泵附近真空較好，距真空泵較遠(yuǎn)處真空較差。在真空室內(nèi)壁鍍上吸氣劑薄膜可以實(shí)現(xiàn)分布式抽氣，有效提高真空度并降低

2、縱向梯度，因其優(yōu)異的真空性能已在加速器領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　 國內(nèi)對(duì)加速器真空室內(nèi)壁鍍非蒸散型吸氣劑（NEG）薄膜的研究較少，開展也較晚。基于NEG薄膜獨(dú)特的真空特性以及在加速器領(lǐng)域良好的應(yīng)用前景，我們開展了對(duì)管道真空室的內(nèi)壁進(jìn)行鍍TiZrV薄膜的工藝以及薄膜相關(guān)性能的研究，本論文即為對(duì)本工作的介紹，其內(nèi)容如下。
　　 根據(jù)細(xì)長管道鍍膜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了用于對(duì)加速器管道內(nèi)壁鍍TiZrV薄膜的磁控濺射鍍膜系統(tǒng)。研究了鍍膜系統(tǒng)的放

3、電特性，通過調(diào)整鍍膜參數(shù)可以獲得滿足要求的薄膜。采用掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜和X射線衍射儀等對(duì)TiZrV薄膜進(jìn)行了相關(guān)的分析測(cè)試。此外，對(duì)TiZrV薄膜的相關(guān)真空性能進(jìn)行了研究，包括二次電子產(chǎn)額（SEY）、光致解吸產(chǎn)額（PSD）和吸氣性能。
　　 對(duì)于正電子、質(zhì)子和重離子加速器，真空室內(nèi)壁較高的SEY 易導(dǎo)致電子云效應(yīng)的形成，嚴(yán)重影響束流品質(zhì)和加速器的正常運(yùn)行。國外相關(guān)研究表明TiZrV具有較低的SEY，可將其用于電子云

4、的抑制，因此對(duì)TiZrV薄膜的二次電子產(chǎn)額進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)TiZrV薄膜在200℃下加熱2小時(shí)后其SEY有所下降，峰值由2.03 降到1.55，此值高于國外的相關(guān)測(cè)量結(jié)果，這可能是加熱和電子轟擊過程中樣品和樣品架的表面放氣對(duì)薄膜表面的污染造成的。
　　 為檢驗(yàn)鍍TiZrV 膜在降低材料PSD 方面的效果，在合肥光源儲(chǔ)存環(huán)機(jī)器研究光束線的PSD 實(shí)驗(yàn)站上，對(duì)鍍膜前后不銹鋼管道的PSD 進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，不銹鋼和

5、TiZrV薄膜對(duì)各氣體的PSD 產(chǎn)額初始值均在10-4～10-3量級(jí)，在200℃加熱24小時(shí)后，則分別下降到10-5～10-4和10-6～10-5量級(jí)。鍍TiZrV薄膜可以降低不銹鋼的PSD 效應(yīng)，這對(duì)于加速器的穩(wěn)定運(yùn)行是非常有利的。
　　 吸氣能力是衡量吸氣劑性能的一個(gè)重要指標(biāo)，因此對(duì)TiZrV薄膜的吸氣性能進(jìn)行了研究。選取一般超高真空系統(tǒng)中的主要?dú)堄鄽怏wH2和CO 作為測(cè)試氣體，在不同溫度和時(shí)間下對(duì)鍍膜管道進(jìn)行加熱。測(cè)量結(jié)果

6、表明，TiZrV薄膜對(duì)CO和H2 有較好的吸氣效果，在200℃下加熱24小時(shí)后對(duì)其抽速分別為0.23 L?s-1?cm-2和0.02 L?s-1?cm-2，吸氣容量分別為6.8×10-5 Pa?L?cm-2和6.6×10-2 Pa?L?cm-2。相同激活條件下TiZrV 對(duì)CO的抽速比H2 高一個(gè)量級(jí)，吸氣容量則較之低兩個(gè)量級(jí)。
　　 吸氣劑的激活效果與加熱溫度和時(shí)間密切相關(guān)，隨著加熱溫度的提高和時(shí)間的延長而增強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中可