Cryogenic adsorption pumps for REB accelerrators

It is known that in relativistic electron bunching (REB) accelerators the main residual gases are air components. Under irradiation in targets made of different materials being studied, a significant increase of a level of such gases as hydrocarbons, aqueous vapor and hydrogen is observed. Therefore, it is clear that for improvement of vacuum conditions for a REB accelerator it is necessary to apply pumps which should permit to realize a high rate of pumping out of main residual gases and those of them the level of which increases considerably in targets under irradiation. We propose to complete the available equipment for pumping of REB accelerators with cryogenic adsorption pumps. They are to be placed in accelerators so that they can serve as additional means for protection of the target chamber volume against hydrocarbon coming from the available pumping equipment. It will make it possible to improve significantly the initial vacuum conditions in the working volume, and, furthermore, to reduce the time between experimental pulses.Відомо, що в прискорювачах РЕП основними залишковими газами є гази повітря. При опромінюванні досліджуємих мішеней із різноманітних матеріалів спостерігається значне підвищення рівню таких газів, як вуглеводні, водяні пари і водень. Тому для поліпшення вакуумних умов прискорювачів РЕП необхідно використання насосів, які би мали велику швидкість відкачки основних залишкових газів, і тих із них, рівень яких суттєво зростає при опромінюванні мішеней. Нами пропонується доповнити існуючи засоби відкачки прискорювачів РЕП кріогенними адсорбційними насосами, які розташовуються в прискорювачах таким чином, щоби вони стали допоміжним засобом захисту об’єму від поступаючих вуглеводню та інших газів з мішені. Це дозволить значно поліпшити початкові вакуумні умови і привести до суттєвого скорочення часу між імпульсами.Известно, что в ускорителях РЭП основными остаточными газами являются компоненты воздуха. При облучении исследуемых мишеней из различных материалов наблюдается значительное повышение уровня таких газов, как углеводороды, водяные пары и водород. Поэтому очевидно, что для улучшения вакуумных условий ускорителя РЭП необходимо применение насосов, которые бы позволяли реализовывать большую быстроту откачки основных остаточных газов, так и тех из них, уровень которых существенно возрастает при облучении мишеней. Нами предлагается дополнить наличные средства откачки ускорителей РЭП криогенными адсорбционными насосами, при этом размещать их в ускорителях так, чтобы они стали дополни- тельным средством защиты объема камеры мишени от поступления углеводородов со стороны наличных средств откачки. Это позволит значительно улучшить начальные вакуумные условия в рабочем объеме, а с другой стороны, сократить время между экспериментальными импульсами

Measurements of wall conditioning rate at Uragan-2M

An experiment on chamber RF cleaning for 12 hours a day during 2 weeks with the subsequent vacuum pumping out was carried out. The plasma was produced by the UHF generator with the frequency of 2.4 GHz. Afterwards, the VHF generator working at the frequency of 132 MHz in a continuous mode was turned on and continued to work independently. The process of wall conditioning involved filling the chamber with H₂ under the pressure range inside the chamber of (1.8…2.0)·10⁻⁴ Torr. During the process of radio-frequency (RF) chamber cleaning the pumped out gas was condensed on the cryogenic trap surface. Afterwards the trap was cut off, heated up and the gas pressure Pg inside the cut off trap chamber was measured. The Pg dependence on both discharge power and condensation time period is analyzed. As a result of the RF cleaning the Pg pressure was reduced by 4…5 times. The vacuum pumping out speed was measured when filling the vacuum vessel with propane and nitrogen.Был проведен эксперимент по чистке стенок камеры в течение 2 недель по 12 часов в день с последующей откачкой камеры. Плазма создавалась СВЧ-генератором с частотой 2.4 ГГц и затем включался УКВ-генератор, работающий на частоте 132 МГц в непрерывном режиме, который в дальнейшем работал самостоятельно. Чистка производилась с напуском водорода в диапазоне давлений в камере (1.8...2.0)×10⁻⁴Торр. В процессе чистки камеры УКВ-разрядом производилась конденсация образовывающегося внутри камеры газа на охлажденную поверхность азотной ловушки. Затем ловушка отсекалась от насоса и от камеры установки, проводилось ее отепление и измерялось давление газа Pg в отсеченной камере ловушки. Показана зависимость Pg от мощности разряда и длительности конденсации. По результатам эксперимента отмечено снижение значений Pg в 5...6 раз. Проведено измерение скорости откачки вакуумной системы для пропана и азота.Було проведено експеримент з очищення стінок камери на протязі 2 тижнів по 12 годин на день з наступною відкачкою камери. Плазма створювалась НВЧ-генератором з робочою частотою 2.4 ГГц, після цього вмикався УКВ-генератор, що працював на частоті 132 МГц у безперервному режимі, який надалі працював самостійно. Очищення проводилось з напуском водню у діапазоні тиску в камері (1.8...2.0)×10⁻⁴ Торр. Протягом процесу чищення камери УКВ-розрядом проводилась конденсація газу, що створюється в камері, на охолоджену поверхню азотного уловлювача. Потім пастка відтиналася від насоса і від камери установки, проводилося ії утеплення й вимірювався тиск газу Pg у відсіченій камері пастки. Показано залежність Pg від потужності розряду та тривалості конденсації. За результатами експерименту відмічено зниження значень Pg у 5...6 разів. Проведено вимірювання швидкості відкачки вакуумної системи для пропану та азоту

The influence of wall conditioning procedures on outgassing rate of stainless-steel in the “Uragan-2M” torsatron

Using the thermal desorption method the investigations were carried out of stainless steel probe outgassing rate in a vacuum and estimation of the number of monolayers on its surface in the Uragan-2M torsatron in situ. The decrease of surface impurity by more than one order of magnitude was measured at the vacuum improvement from 1.6·10⁻⁶ Torr up to 6.5·10⁻⁷ Torr after pumping and RF discharge cleaning. Mass-spectrometric measurements has shown H₂O (18 m/e), Co₂ (44 m/e) and 28 m/e (CO+N₂), as the main gases desorbed from probe surface during its heating. Heavy hydrocarbon masses (58 m/e) were also registered. Some practical conclusions were made for the U-2M wall conditioning procedure improvement.Термодесорбционным методом проведены исследования газовыделения нержавеющей стали и оценка числа монослоев примесей на ее поверхности в торсатроне Ураган-2М. После откачки и чистки ВЧ-разрядами количество примесей снизилось более чем на порядок при улучшении вакуума с 1.6·10⁻⁶ до 6.5·10⁻⁷ Торр. Масс- спектрометрические измерения показали, что основными примесями, десорбирующимися с поверхности зонда из нержавеющей стали во время его нагрева до температуры 250…300 ºС, являются: H₂O (18 m/e), Co₂ (44 m/e) и 28 а.е.м. (CO+N₂). Тяжелые углеводороды (58 а.е.м.) также регистрируются. Сделаны некоторые практические заключения для улучшения процедуры чистки стенок камеры торсатрона Ураган-2М.Термодесорбційним методом проведено дослідження газовиділення нержавіючої сталі і оцінка числа моношарів домішок на її поверхні в торсатроні Ураган-2М. Після відкачування і чищення ВЧ-розрядами кількість домішок знизилася більш ніж на порядок при поліпшенні вакууму з 1.6·10⁻⁶ до 6,4·10⁻⁷ Торр. Мас- спектрометричні вимірювання показали, що основними домішками, що десорбуються з поверхні зонда з нержавіючої сталі під час його нагріву до температури 250…300 ºС, є: H₂O (18 а.е.м.), Co₂ (44 а.е.м.) i 28 а.е.м. (CO+N₂). Важкі вуглеводні (58 а.е.м.) також реєструються. Зроблені деякі практичні висновки для поліпшення процедури чищення стінок камери торсатрона Ураган-2М

Decreasing water concentration in the Uragan-3M device with UHF discharge

Uragan-3M device vacuum chamber is a cylinder with volume of 70 m³. Between the operation series, it is opened to the atmosphere for scientific and technical works. The problem of high water vapour concentration in the residual gas appears each time the chamber is closed and pumped. Effective water vapour removal can be achieved by baking the vacuum chamber walls at high temperatures (200…400°C) or increasing atomic hydrogen flow produced by the wall conditioning discharge in the plasma confining volume, as far as Н₂О detachment speed should be higher than adhesion. It's not technically possible to heat Uragan-3M device vacuum chamber. Room temperature of the vacuum chamber walls is not an obstacle for an UHF discharge with high enough plasma density (8∙10¹⁰ cm⁻³).Вакуумная камера установки Ураган-3М представляет собой цилиндр из нержавеющей стали объемом ~70 м³. Периодически вакуумная камера вскрывается для напуска атмосферного давления с целью проведения научных и технических работ. После ее закрытия и откачки до высокого вакуума, появляется проблема, связанная с высокой концентрацией воды в остаточном газе. Для эффективного удаления паров воды обычно используется прогрев стенок камеры при температуре 200…400°С. Альтернативой является поддержание плазменного разряда в водороде, обеспечивающего поток атомарного водорода на стенку. На установке Ураган-3М прогрев камеры технически не возможен, поэтому использовался плазменный СВЧ-разряд с достаточной величиной плотности плазмы (8∙10¹⁰ см⁻³).Вакуумна камера установки Ураган-3М являє собою циліндр з нержавіючої сталі об'ємом ~70 м³. Періодично вакуумна камера відкривається для напуску атмосферного тиску для проведення наукових і технічних робіт. Після її закриття та відкачування з'являється проблема, пов'язана з високою концентрацією води в залишковому газі. Для ефективного видалення парів води необхідно підтримувати стінки камери при високій температурі (200…400°С). Альтернативою є підтримка плазмового розряду у водні, що забезпечує потік атомарного водню на стінку. На установці Ураган-3М прогрів камери технічно не можливий, тому кімнатну температуру стінок камери доводиться компенсувати достатньою величиною щільності плазми (8∙10¹⁰ см⁻³) НВЧ-розряду

Modernization of the multipurpose accelerating system VGIK-1

The aim of VGIK-1 modernization is the possibility of metal surface processing by ion and electron irradiation, widening a range of applied energies and beam densities, vacuum condition control. This is reached by usage of two diodes, where one of them has isolated and defocussing magnetic system and another one has plasma emitter for extraction of ions and electrons. There is also the system of plasma parameters control. Vacuum system includes the cryogenic, diffusion and titanium sorbtion pumps and mass-spectrometric syste

Usage of three-halfturn antenna at the Uragan-3M device

Unshielded THT antenna is successfully used: (i) for heating of plasma prepared by the frame antenna pulse, (ii) for making an initial plasma with low density ~10¹⁰ cm⁻³ for further frame antenna operation, (iii) for independent generation and heating plasma at low magnetic fields B₀ <0.7 T and (iv) for mutual operation with frame antenna. In the last scenario both antennas contribute to plasma heating.Неэкранированная трехполувитковая антенна успешно используется: (i) для нагрева плазмы, подготовленной импульсом рамочной антенны; (ii) для создания начальной плазмы низкой плотности ~ 10¹⁰ см⁻³ для дальнейшей работы рамочной антенны; (iii) для независимого создания и нагрева плазмы в магнитных полях B₀ <0,7 Тл; (iv) для совместной роботы с рамочной антенной (в этом случае обе антенны дают вклад в нагрев плазмы).Неекранована трьохнапіввиткова антена успішно використовується: (i) для нагріву плазми, підготовленої імпульсом рамкової антени; (ii) для створення початкової плазми з низькою густиною ~ 10¹⁰ см⁻³ для подальшої роботи рамкової антени; (iii) для незалежного створення та нагріву плазми в магнітних полях B₀ <0,7 Тл; (iv) для взаємної роботи з рамковою антеною (у цьому випадку обидві антени роблять внесок до нагріву плазми)

First tests of the biased movable B4C-limiter in the Uragan-2M torsatron under RF and UHF wall conditioning

The work describes the design of a multifunctional B4C-limiter, and reports preliminary results from experimental study of the limiter operated at steady-state and pulsed RF discharge cleaning regimes in the Uragan-2M torsatron.Представлены конструкция и предварительные результаты экспериментального исследования использования B4C-лимитера во время стационарных и импульсных режимов чистки ВЧ-разрядами в торсатроне Ураган-2М.Представлено конструкцію і попередні результати експериментального дослідження використання B4C-лимитера під час стаціонарних і імпульсних режимів чищення ВЧ-розрядами в торсатроні Ураган-2М

First results of the renewed Uragan-2M torsatron

The results of experimental investigation on the vacuum magnetic surfaces in the l=2 torsatron with an additional toroidal field Uragan-2M at wide varying operation parameters are presented. Also the first results on the wall conditioning in the Uragan-2M with the ECR and RF discharges in atmosphere of hydrogen in steady-state mode at low magnetic field, plasma production and heating with RF power are described.Представлено результати експериментального дослідження вакуумних магнітних поверхонь в l=2 торсатроні з додатковим магнітним полем Ураган-2М для широкої зміни операційних параметрів. Також описані перші результати підготовки першої стінки в Урагані-2М за допомогою ЕЦР і ВЧ розрядів в атмосфері водню в стаціонарному режимі при низькому магнітному полі, створення і нагріву плазми ВЧ потужністю.Представлены результаты экспериментального исследования вакуумных магнитных поверхностей в l=2 торсатроне с дополнительным магнитным полем Ураган-2М для широкого изменения операционных параметров. Также описаны первые результаты подготовки первой стенки в Урагане-2М при помощи ЭЦР и ВЧ разрядов в атмосфере водорода в стационарном режиме при низком магнитном поле, создания и нагрева плазмы ВЧ- мощностью