GaN光电阴极制备净化与激活超高真空系统设计

针对GaN光电阴极制备净化与激活超高真空系统工艺要求特点,我们研究设计了超真空系统总体结构、抽取装置和高温退火净化装置,根据超高真空系统控制的工艺流程、方法和自动控制要求,提出了以PLC和组态软件为控制核心,对净化与激活装置的真空度、温度和升降机构等参数进行控制的方法。并设计了超高真空自动监控系统中的PLC的操作单元、执行单元、数据采集单元、执行机构硬件结构、控制系统人机界面,以及PLC控制程序和组态软件。GaN光电阴极制备净化与激活超高真空系统具有完全的可视化和数字化,抗干扰能力强,可促进阴极制备超高真空装置的应用和工艺水平的提高。

HIRFL-CSR超高真空烘烤系统

为了满足兰州重离子加速器冷却储存环 6× 10 - 9Pa的真空度要求 ,必须建立温度在 2 0 0～ 30 0℃、控制良好的在线烘烤系统。主要从热电偶、加热器及绝热套 ;功率计算及分布 ;烘烤控制 ;样机测试结果等几个方面介绍兰州重离子加速器冷却储存环 (HIRFL- CSR)超高真空烘烤系统。

特大型空间环境试验设备的超高真空获得技术

介绍了我国新近研制成功的一台特大型空间环境试验设备的超高真空获得技术。该设备在 32 0 0m3 空间内获得了 4 5× 10 -6Pa的极限真空 ,为大型航天器研制做出了贡献。也是我国真空获得技术的一项新的技术成就。

兰州重离子冷却储存环(HIRFL-CSR)超高真空系统

为了减少真空系统中残余气体分子对离子束造成的损失 ,要求重离子冷却储存环的平均工作真空度达到 3× 10 -9Pa( N2 等效压力 )。在大系统中达到如此高的真空度在我国尚属首例。围绕如何达到这个设计指标的问题 ,本文从真空系统布局、真空室材料、结构及加工焊接要求、降低材料表面出气率的措施、真空系统配置、烘烤系统设计、真空系统控制要求。

低温波荡器超高真空系统研制

在高能辐射同步光源验证装置(HEPS-TF)阶段,研制了一台低温永磁波荡器(CPMU)样机,周期长度为13.5 mm。低温波荡器的磁结构放置在真空室中,存在大量的材料出气与夹气,为了提供束流正常运行所需的超高真空环境,研制了波荡器的超高真空系统。首先估算了波荡器的放气率、放气量,并根据指标要求计算了真空系统所需的有效抽速;然后合理设计了配泵方案;在真空室加工完成后进行了极限真空测试;波荡器安装调试完成后,在没有经过真空烘烤的情况下,真空度在常温下达到5×10^(-7)Pa,低温下达到4.8×10^(-8)Pa,均优于设计指标。

超高真空系统内Mn-Zn铁氧体材料的表面保护及清洁方法研究

分别对测试系统本底及经两种方法处理的M n-Zn铁氧体样品进行了测试,分析其主要的出气成分,计算出处理后的样品材料出气率。通过测试与分析,得出了对置于超高真空环境内的M n-Zn铁氧体材料表面的保护和清洁方法。

用于铯原子磁光阱的超高真空系统

立足于国产材料、真空设备和技术，设计、建立了一套用于铯原子磁光阱的超高真空系统。整个系统结构紧凑、性能稳定、操作方便，其真空度可保持在１．２×１０－７Ｐａ（约９．０×１０－１０Ｔｏｒｒ）左右，可满足直接工作在铯原子汽室中的磁光阱的要求。

上海光源真空波荡器的特殊真空问题

上海光源(SSRF)在国内首次成功研制了两台真空波荡器IVU25B。真空波荡器产生了一些特殊的真空问题,它们影响到IVU25B的三个主要性能指标——磁场、阻抗和真空度。本文描述了解决这些特殊真空问题的方法。位于真空室内的运动部件内大梁的形状和位置精度是保证磁场性能的关键之一。自行设计的简单而有效的RF屏蔽机构和覆盖在磁铁上的镀Ni铜箔是降低IVU阻抗的关键部件。多孔的永磁铁是巨大的气源,在它们表面上镀TiN膜,把气体封闭在磁铁中,避免释放到真空中。讨论了IVU25B的真空状况以及对上海光源储存环性能的影响。

钛泵-不锈钢超高真空系统静态升压特性研究

由于真空器壁对气体分子的吸附作用， 钛泵－ 不锈钢超高真空系统的静态升压特性与普通真空系统有很大不同。用通常的办法估算其漏率是行不通的。基于作者的实验结果，对这类系统的静态升压规律作了探讨，并给出了估算“真实漏率”的公式。

离子阱低温超高真空系统的研制

离子阱是一种常用于光谱研究的装置,低温超高真空环境是其工作的基本条件。介绍了一套由真空腔体、真空抽气系统、温度监测及控制系统、脉管制冷机等组成的离子阱低温超高真空系统。在三种不同条件下对真空腔体进行抽真空对比试验,分析了影响真空系统极限真空的关键因素。采用超高真空获得方法与工艺,真空系统在常温和低温状态下分别获得了1.9×10-8Pa和5.0×10-10Pa的真空度,在高真空绝热条件下,离子阱最低温度达到3.9 K。文章最后对该系统的研制过程以及结果进行总结,提出了适用于同类低温超高真空系统设计与研制的相关结论。

新颖的超高真空CVD外延设备与低温低压硅外延研究

为实现低温低压外延新工艺，建立了一台具有多项原位监控功能的新颖的超高真空CVD（chemicalvapordeposition）外延设备，并用此设备，（100）和（111）硅片分别在550℃和650℃下由硅烷热解法成功地生长了硅外延层。高分辨率的横断面透射电镜（XTEM）照片表明，低温硅外延层中存在一些缺陷，这些缺陷都由衬底表面引起的，然后扩展进入外延层。此外，衬底｛100｝Si和｛111｝Si因晶向不同，不仅获得外延层所需的最低温度不同，而且外延层中的缺陷特征差异也很大。

上海质子治疗装置同步环真空布局及真空室设计

同步环是上海质子治疗装置的主要加速器,其周长为24.6m。环上各系统器件分布密集,机械安装空间紧张,动态真空度要优于1.33×10^(-6) Pa。在此前提下,真空器件布局和真空室结构要利于束流的均匀性、稳定性,并确保机械安装顺利以及将来运行维护便利。针对同步环物理布局紧凑的特点,真空布局上真空室尽量采用焊接连接,在满足要求的前提下尽量减少真空器件数量。二极铁(BM铁)区段真空室采用矩形截面结构,四极铁(QD铁、QF铁)区段真空室采用圆管结构,相邻的矩形真空室和圆管真空室用过渡片焊接成一整体;束流引出区段真空室采用变截面岔口结构。设计结果表明,真空布局和真空室结构均满足束流的运行要求。

纳米结构可重入STM/SEM超高真空多功能系统的研制

扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）分辨率极高，是微观研究的重要仪器；但由于其视场小，样品易受污染等原因，在某些研究工作中的应用受到了限制。扫描电子显微镜（ＳＥＭ）的最低放大倍数在十倍左右，视场可达２０ｍｍ２～３０ｍｍ２（如４ｍｍ×６ｍｍ），可以引导扫描隧道显微镜进入试样预期研究的区域；另外超高真空的扫描电镜的样品室可以为扫描隧道显微镜提供清洁的工作环境，减少样品的污染。超高真空扫描电镜与扫描隧道显微镜的结合，可以弥补扫描隧道显微镜的不足，同时也拓展了扫描电镜的应用领域。本文介绍了集扫描隧道显微镜和扫描电镜于一体的纳米结构可重入ＳＴＭ／ＳＥＭ超高真空多功能系统的基本原理、结构和性能情况。

HIAF薄壁二级铁真空室在线烘烤方案研究

针对强流重离子加速器装置小磁隙、周围磁元件温度有严格限制要求的薄壁二极铁真空室获得极高真空关键技术之一的在线烘烤方案进行研究。研究表明,烘烤系统采用加热带作为热源,纳米粉绝热材料作为主要的绝热层,镀铝聚酰亚胺薄膜作为保护层可以满足真空室在线烘烤的温度、时间和空间要求;在烘烤效果一定的情况下,烘烤的热力学温度与对数烘烤时间呈线性相关,并得到了达到预定烘烤效果选择不同的烘烤温度所需的烘烤时间;通过数值模拟得到了烘烤保温过程中的应力、变形和稳态热分布,并依此估算了烘烤功率和加热带的功率输入密度。其研究结果满足工程实际应用,证明了烘烤方案的可行性。

NSRL电子储存环超高真空系统残余气体分析

在同步辐射电子储存环中，由于光电解吸的作用，将解吸大量的气体，而储存的束流电子与气体分子的碰撞将引起电子的散射，导致束流寿命的减小，因此残余气体成分成为衡量一个电子储存环真空系统性能的重要的指标。本文将介绍有关ＮＳＲＬ储存环真空系统残气分析的部分工作。

全部采用国产材料和设备实现磁光阱超高真空系统

介绍一种磁光阱用超高真空系统。该系统全部采用国产材料和设备，其极限真空度可以达到＜6×1018Pa（或＜5×10－10托）。用此系统已经观测到冷原子云实验现象，证明系统可靠实用，同时也为进一步的原子喷泉实验做好了准备。

CLS真空内插入件真空系统设计

上海同步辐射光源(SSRF)将为加拿大光源(CLS)研制2台真空内插入件,包括1台周期长度为20mm的真空内波荡器(IVU20)和1台周期长度为80mm的真空内扭摆器(IVW80)。其中,真空内扭摆器的最小工作气隙为5.2mm,该气隙下磁力达到86kN。为保证扭摆器内大梁在巨大磁力下的平面度和波纹管吊杆的安全,在内大梁的两侧安装了磁力平衡弹簧结构,ANSYS模拟结果表明内大梁的变形在允许范围内。为实现束流在通过插入件内部时轨道的准确,在真空内插入件内大梁上安装长线圈来产生磁场进行束流轨道的矫正。通过复合离子泵和非蒸散型吸气剂组合使用,2台插入件的真空度均好于5×10^(-7) Pa。

上海光源储存环真空系统

上海光源储存环真空系统已于2007年底建成并开始运行。这个真空系统采用了双室结构的薄壁不锈钢真空室,其尺寸公差都小于1mm,真空室安装位置公差都小于2mm;分散的吸收器有序排列在抽气室内,把同步辐射光准直并引入光束线,同时吸收废弃的同步辐射光,把热量转移到真空室外;波纹管内的高频屏蔽机构为单指型,避免了指间接触力和磨擦;(SIP+NEG)复合泵、SIP和TSP共用,采用合理的激活NEG泵和升华钛丝的工艺程序,提供了强大的抽速和容量。真空预调试时各段真空室内的极限真空都达到5×10-9Pa。全环真空室安装并连通后,大部分真空室不烘烤,只烘烤全环真空泵的情况下,极限真空达到2×10-8Pa。储存环运行在束流剂量260Ah、能量3.5GeV、流强220mA时,动态压强为0.8×10-7Pa,束流寿命21h,达到了真空系统的设计指标1.33×10-7Pa。

上海光源储存环不锈钢真空室

铝合金和不锈钢都适合制造上海光源储存环的真空室,但各有特色,从而导致不同的加工和成本问题。实质上,不锈钢真空室可以看作是铝合金真空室的一个"内核"。上海光源最终采用了不锈钢真空室,其主要理由是加工铝合金真空室时要用数控床切削掉约一半的材料,而加工壁薄不锈钢真空室几乎没有材料的损失。因此,经费大量节省和加工周期大大缩短。但结构复杂的薄壁不锈钢真空室的尺寸精度要做到和机加工铝合金真空室相当,难度极大。在研制了多个样机后,终于解决了成形片尺寸公差和焊接变形等难题,定型了工艺和工装,真空室的尺寸公差得到了控制。长度约3m的每段真空室的平面度和直线度的公差都小于1mm。真空室经900℃真空退火后,焊缝处的导磁率从2.5下降到1.02。真空预调试后真空室内达到5×10-9Pa的极限真空。400m真空室现场安装后的位置公差都小于2mm。

GY—500高精密样品架的改造

对川于超高其主设备中的ＧＹ－５００样品架进行了重要的改造。改造后的样品架复位精度达到±１０μｍ，可长期保持不变；高温达到８００℃，寿命长；低温达到－１５０℃，升温时间为原来１／９；消除了样品台的振颤，有利于微区分析；增加了样品台的倾斜功能。改造后的样品台体积缩小，外形美观．操作轻松灵活，完全满足各种电表面分析仪器的技术要求。