成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）
受阻挡的最小空间范围。物理设计中束流清晰区定为长轴96mm、短轴为 42mm的椭圆区域如图2.10所示，束流清晰区是束流通道尺寸确定的最重要因素
[2]
。
图2.10 束流清晰区
1．8．2 阻抗和束流不稳定性
在BEPCII改进中，总流强强度及其稳定性是非常重要的课题。真空室的阻抗和由单束集体效应引起的各种束流不稳定性对物理设计有很重要的影响。
由于BEPCII与目前世界上已建成的粒子工厂型对撞机如KEKB[57]，PEPII[58]，和DA?NE[59] 的设计指标相比总流强及单束团粒子数相当（见表2-1），因而需对单束团不稳定性暨束团长度拉伸问题和多束团耦合不稳定性作仔细研究并加以抑制，以保证实现BEPCII的高亮度指标。与KEKB和PEPII相比，BEPCII的单束团流强较高，束团数目较少。这意味着BEPCII中单束团效应相对较严重，必须严格控制宽带阻抗。物理设计首先从束流稳定性角度对阻抗提出限制，然后对那些可能产生较大阻抗的主要真空部件的阻抗作计算，并给出全环的阻抗预算。
对真空部件作阻抗计算和利用束流测量的结果都表明，目前BEPC储存环的纵向耦合阻抗约4 ? [60]，比BEPCII的阻抗阈值大很多。因此在BEPCII工程中必须设计低阻抗的真空室，尽量屏蔽真空室壁上的不连续结构。
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表2-1 BEPCII与其它对撞机的束流强度比较
单环流强 (mA) 单束团粒子数 (10) 单束团流强 (mA) 束团间距 (m) 束团数目 10BEPCII 910 4.85 9.8 2.4 93 PEPII (LER) 2140 5.9 1.29 1.3 1658 KEKB (LER) 2600 3.2 0.52 0.6 5000 DA?NE 5200 8.9 44 0.8 120
需要注意的是，阻抗除了引起束流不稳定性之外，还会导致束流的寄生模能量损失（parasitic loss），引起真空室局部发热。BEPCII的束团长度将控制在1.5 cm，这时束团的频谱将覆盖到阻抗的高频成分，由束流在真空室部件中感应的高次模功率将很大。高次模可能被俘获（trapped-mode）在真空室中几毫米量级的不连续结构，如束流位置探测器（BPM）处，以及对撞区的同步阻挡块之间，引起多束团不稳定性和高次模发热。因此除了尽可能减小各真空室部件的耦合阻抗外，还必须避免有可能导致俘获高次模的真空室不光滑结构。
BEPCII储存环中对纵向宽带阻抗有主要贡献的真空部件是高频腔、BPM、波纹管、真空抽气孔、法兰、双环交叉的“Y”型结构，以及束流准直器（collimator）等。在BEPCII方案中，这些部件将尽可能参照当前国际先进设计以减小阻抗。物理设计时利用解析公式和数值计算程序ABCI、MAFIA对BEPCII的主要真空部件的阻抗和损失参数作了计算，给出BEPCII的阻抗预算表。由于BEPCII是在BEPC基础上的改进，计算了目前BEPC的一些真空部件对应BEPCII束流参数时的损失参数，物理设计说明对其进行改进的必要性及可能性。
1．9 对撞段真空管结构设计
对撞段真空管总体结构是根据储存环磁聚焦结构设计、光束线前端设计、真空系统总体设计及相关系统结构设计确定的。主要依照二极磁铁（弯转铁）、四极磁铁、六极磁铁的布局来进行分段设计。再依据对撞束流及同步辐射专用束流形状，考虑制造工艺的可行性，在保证同步辐射不会对对撞段真空管形成额外热负载情况下，确定了对撞段真空管外轮廓形状，对撞段真空管之间用波纹管连接。
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根据物理对束流清晰区的要求、引出光狭缝尺寸的要求以及磁铁结构设计的限定，并且考虑到加工制造上的限制，确定对撞段真空管形腔截面形状如图1.12所示：
图1.12对撞段真空管内腔截面
(一) 前排气室
带电粒子束流在储存环中运动发出同步光，光子打在对撞段真空管壁上产生光电子，光电子在束流电场中获得能量，被束流加速可能打在管道的另一内壁上而导致二次电子产生。二次电子的产额与电子能量以及管道材料有关。同步光打在前室末端壁上产生光电子，从前室中逃逸出的光电子数目将按照出射角度正弦规律变化。有前室的真空室，大部分同步光直接打在前室内，光电子大部分在前室中产生，能从前室中逃逸出的光电子都具有较大水平速度，否则它将丢失在前室内。因此，在电子云分布中可以发现，前室中的电子云密度较大，而在束流对撞段真空管道中密度大的区域更多的位于水平轴附近。改变二次电子产额，结果表明当二次电子产额增加后，电子云中心密度迅速增加。所以得出，利用增大前室宽度可以降低电子云密度，前室宽度增大到其高度的5倍时，电子云平衡线密度降低2-3倍，中心体密度降低了5倍，但其
宽度尺寸根据各磁铁布局沿真空室纵向变化，为真空室抽真空主要排气通道，采用前室型对撞段真空管，将在很大程度上降低光电子产额。
(二) 引出光狭缝
位于束流室与排气室间，为狭窄区域，用于引出同步辐射﹑高频隔离束流室
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与排气室，并由此对束流室排气。经物理计算，要求侠缝高度为15mm(如图1.12)
(三) 束流室区
物理设计给出的束流清晰区极限尺寸为水平方向96mm，垂直方向42mm。考虑到对撞段真空管在大气压下的变形、制造及安装误差等因素，在束流清晰区与对撞段真空管物理孔径之间必须保留一定空间，由此确定束流通道物理尺寸为：水平方向108mm，垂直方向52mm。为了减小加工工艺难度，保证表面质量，同时简化束流位置探测器结构，将束流室截面形状设计成八边形，恰好够容纳BPM 组件，其强度也比其他形状（如跑道型截面）高。该束流室横截面形状沿束流轨道方向在每一段单元对撞段真空管内部均保持一致（插入件对撞段真空管除外）如图1.12所示。
(四) 对撞段真空管的厚度与强度
考虑到磁铁及其线包间距、真空室壁上螺栓孔及对撞段真空管总体强度，储存环对撞段真空管盒体总厚度定为100mm。由于内腔结构及外部各区域轮廓形状的不同，对撞段真空管体上下壁厚度在不同区域相差较大，局部区域最小对撞段真空管壁厚度仅为4mm（与六极铁极头对应处）。虽然局部壁厚很小，对撞段真空管跨度很大，由于磁铁槽间的间隔的存在，实际上起到了加强筋的作用。所以强度可以保证.
(五) 对撞段真空管与磁铁系统元件的设计
为提高对撞段真空管的强度，减小对撞段真空管在真空状态下由于大气压引起的对撞段真空管凹陷变形，同时为吸收器的设计留有一定的垂直空间位置，将对撞段真空管的总厚度设计为100mm，分上下两片，每片厚度50mm。由于对撞段真空管总体厚度大于磁铁极头气隙及四极铁、六极铁的线包间距，在对撞段真空管的设计中，在对撞段真空管上对应于各磁铁的位置按照磁铁铁芯、线包的尺寸并留有一定的间隙加工合适的凹槽，使得磁铁的铁芯、线包与对撞段真空管相适应，凹槽的尺寸依据磁铁的纵向、横向尺寸来设计。
1.横向。对撞段真空管上机加工凹槽轮廓形状与相应的磁极及线包形状相适应。凹槽轮廓截面分四种形状，分别对应于储存环上四种磁铁，即二极磁铁、四
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极磁铁、六极磁铁。设计中，在保证对撞段真空管外壁与磁极间有足够的间隙以容纳对撞段真空管的制造误差并方便安装的情况下，尽量减小磁铁孔径以降低磁铁造价。设计的最小间隙为3mm。 四极磁铁处截面如图1.14所示。 六极磁铁处截面如图1.15所示。
图1.14对撞段真空管的新四极铁处截面图
图1.15对撞段真空管的新六极铁截面图
2.纵向上。对撞段真空管凹槽纵向尺寸主要取决于相对应的各磁铁的纵向尺寸，除了要保证安装间隙大于5mm外，同时要考虑烘烤过程中对撞段真空管将以固定点为原点沿纵向向两侧伸长，依据对烘烤过程中对撞段真空管变形的计算分
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待定