Тандем с вакуумной изоляцией (разработка и опыт эксплуатации Тандем с вакуумной изоляцией (разработка и опыт эксплуатации) Широков В.В., сотрудники НКО, - презентация

1 Тандем с вакуумной изоляцией (разработка и опыт эксплуатации Тандем с вакуумной изоляцией (разработка и опыт эксплуатации) Широков В.В., сотрудники НКО, лаб.1-4, об.лаб.6, об.лаб.9, лаб.12, ЭП-1, ЭП-2, ОГЭ, механо – электромонтажного производства.

2

3

4 План Немного истории. Предварительные эксперименты. Основные проектные параметры. Основные элементы тандема. Сборка и включение тандема. Опыт эксплуатации. Модернизация в.в. части тандема.

5 Тандем с вакуумной изоляцией физический проект нейтронного источника на основе тандема г. организация группы и начало работы по технической разработке проекта, начало грантового финансирования – 2000г. сдача основных чертежей в производство г. завершение изготовления основных узлов тандема и первое включение тандема под напряжение г. Доработка отдельных узлов и работа на эксперимент – с 2007г.

6 Что нам было неизвестно: Электрическая прочность сантиметровых вакуумных зазоров с электродами «напряжённой» площадью в десятки квадратных метров. Зависимость электрической прочности сантиметровых вакуумных зазоров от энергии, выделяемой в разряде. Максимальное величина остаточного давления, не снижающая электрическую прочность сантиметровых вакуумных зазоров с электродами большой площади. Возможность вакуумно-плотного уплотнения многосекционного изолятора при проволочном кольцевом индиевом уплотнителе, осевом стягивании элементов и электровакуумном прогреве. Необходимость применения ёмкостного делителя, связанная с динамическими процессами внутри тандема при пробое его отдельных элементов. Возможность изготовления элементов тандема с требуемыми точностями.

7 Результаты предварительных расчётов по выбору количества ускоряющих промежутков Энергия, запасаемая в зазорах тандема в зависимости от их количества. Перенапряжения на ускоряющих зазорах при пробое тандема по полному напряжению.

8 Геометрия предварительных экспериментов

9 Результаты экспериментов по выбору напряжённости электрического поля Зависимость времени выдержки между пробоями от напряженности электрического поля. Тренировочные кривые 4.5 см вакуумного зазора при выделяемой энергии 9 Дж (1,2) и 30 Дж (3).

10 Результаты экспериментов по выбору напряжённости электрического поля Зависимость времени тренировки зазора от длительности перерыва между включениями установки. Ток в высоковольтном зазоре в начале и в конце тренировки.

11 Проверка работоспособности индиевого уплотнения при осевом стягивании элементов

12 Основные проектные параметры тандема Основные проектные параметры тандема Рабочее напряжение на холостом ходу – не менее 1 МВ (определяется энергией протонного пучка в реакциях генерации нейтронов и резонансных γ-квантов). Напряжённость поля по поверхности стеклянных изоляторов ~ 12 кВ/см (первые пробои в вакууме ~ 10 кВ/см, после тренировки десятками последовательных пробоев - свыше 20 кВ/см). Напряжённость поля по поверхности керамических изоляторов в газе ~ 15 кВ/см (запас по напряжённости в элегазе до 600%). Выбран 6-и зазорный вариант тандема (по запасаемой энергии, по уровню перенапряжений элементов при пробоях и по экономическим соображениям). Напряжённая площадь электродов ускоряющих вакуумных зазоров ~ 20м 2. Напряженность поля в ускоряющих зазорах – 30 кВ/см ÷ 33 кВ/см (в районе диафрагм 50 кВ/см) (напряжение первых пробоев в однозазорной системе коаксиальных электродов площадью около 1 м 2 ~ 33кВ/см). Максимальная запасаемая энергия в одном зазоре тандема ~ 30 Дж (испытано пробоями с запасаемой энергией до 50 Дж). Напряжённая площадь электродов газовых зазоров~2 м 2. Напряженность поля в газовых зазорах проходного изолятора до 100 кВ/см, в районе стыковки труб ~ 120 кВ/см (запас по электрической прочности 20%). Отсутствие в вакуумном объёме органических материалов, приводящих к постепенному снижению электрической прочности вакуумных зазоров с электродами большой площади и росту темновых токов. Возможность прогрева собранного тандема до 110 о С. Отсутствие влияния остаточного давления поверхностно адсорбированного газа и газа перезарядной мишени (вплоть до 4·10 -4 Торр) на электрическую прочность единичного вакуумного зазора.

13 Основные элементы тандема

14

15

16

17 Сборка и включение тандема

18 Тренировочная кривая всех 6 зазоров тандема, соединённых последовательно. Тренировочная кривая одного из ускоряющих зазоров тандема при позазорной тренировке. В одном из экспериментов на 5 зазорах получено 1000 кВ.

19 Динамические высоковольтные процессы при работе тандема (* с ёмкостным делителем) при пробое любого стеклянного изолятора (кроме последних четырёх) напряжение на соединённом с ним в пару возрастает ~ в 1.9 раза. при пробое любого газового зазора напряжение на соединённом с ним в пару возрастает ~ в 1.3 – 1.69 раза. (* - в 1.07 ÷ 1.24 раза). при пробое любого вакуумного зазора напряжение на соседних возрастает ~ в 1.16 – раза (* - в 1.07 ÷ 1.1 раза).

20 Статические высоковольтные процессы при работе тандема

21

22

23 Статические высоковольтные процессы при работе тандема * I r9, мкА / P, Па Среднее время между пробоями, мин Максимальное время между пробоями, мин единицы / ÷70 / * - Результаты получены при тренировке тандема. После тренировки на напряжении 1 МВ фиксировался временной интервал между пробоями ~ 40 мин. При I r9 = (50÷70)мкА соответствующие вакуумные зазоры и элементы, параллельно соединенные с ними: изоляционные кольца и газовые зазоры перегружались по напряжению < 4%. При работе с пучком наблюдалось токооосаждение, увеличивающее перенапряжения на элементах тандема вплоть до 15-18%, и рост частоты пробоев тандема.

24 Модернизация в.в. части тандема. Увеличение времени работы тандема без отключения источника напряжения: 1. Использованием ёмкостного делителя напряжения для снижения уровня динамических перенапряжений на элементах вакуумных зазоров, т.е. предотвращения последовательных пробоев элементов тандема с неизбежным выключением источника напряжения (ЭЛВ). 2. Уменьшением неконтролируемых токов в вакуумных зазорах тандема, приводящих к статическим перенапряжениям элементов тандема. понижением остаточного давления тандема ниже, чем до Па установкой рециркуляционного насоса внутри в.в. электрода тандема и уменьшением потока газа со стороны н.э. тракта, т.е. увеличением производительности откачки ионного источника и н.э. тракта; изменением геометрии жалюзи; 3. Стабилизацией потенциала электрода шестого ускоряющего зазора вне зависимости от протекающего в зазоре тока (предложение Константинова С.Г., связанное с устранением последствий токоосаждения при ускорении ионного пучка, попутно решающее и проблему темновых токов 6-го зазора).

25 Спасибо за внимание !