Проектирование вакуумной камеры накопителя "ВЭПП-2000"

Весной 1999 года в Институте Ядерной Физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ) было принято решение о модернизации ускорительно-накопительного комплекса ВЭПП-2М для повышения светимости и увеличения максимально достижимой энергии до 2 ГэВ, что позволит существенно улучшить возможности проведения экспериментов на коллайдере. Новый проект получил название ВЭПП-2000. В настоящее время разработка и изготовление вакуумной системы ВЭПП-2000 является актуальной задачей, стоящей перед научно-конструкторским коллективом ИЯФ.

В силу того, что по периметру кольца вакуумной камеры ВЭПП-2000 размещаются несколько высоковакуумных насосов и поворотных магнитов, можно определить точки, в которых давление максимальное и, следовательно, газовый поток отсутствует. Таким способом получаются граничные условия для решения вакуумной задачи на отдельно взятом участке вакуумной камеры. Это обстоятельство позволяет разбить всю вакуумную камеру на несколько участков, на каждом из которых можно независимо от других участков искать распределение давления и рассматривать различные варианты откачки и формы поперечного сечения вакуумной камеры. В рамках данной работы были рассмотрены и просчитаны несколько вариантов участка вакуумной камеры пучка ВЭПП-2000, который примыкает по проекту к резонатору накопителя.

Основная газовая нагрузка на вакуумную камеру возникает в поворотных магнитах и обусловлена фотонно-стимулируемой десорбцией газа со стенок вакуумной камеры, которая в свою очередь вызывается синхротронным излучением (СИ) заряженных частиц пучка, движущихся с большой скоростью в сильном внешнем магнитном поле поворотного магнита. Расчет проводился последовательными приближениями: сначала была решена простая симметричная задача для поворотного магнита в приближении, что проводимостью откачных труб из камеры можно пренебречь и что все СИ целиком попадает на стенки вакуумной камеры, проходящей внутри поворотного магнита. Откачка предполагалась с обоих торцов вакуумной камеры поворотного магнита. Затем была решена симметричная задача, в которой было уже учтено, что часть СИ определенная геометрией системы попадает в трубы вакуумной камеры ВЭПП-2000, пристыкованные к обоим торцам камеры магнита. При этом предполагалось, что эта часть СИ равномерно распределена вдоль оси трубы, вызывая со стенки поток газа и тем самым изменяя распределение давления в камере по сравнению с предыдущей более простой задачей. Следующим этапом был учет того обстоятельства, что СИ в действительности падает не равномерно на стенки вакуумной камеры, исполненной в виде трубы, пристыкованной к вакуумной камере поворотного магнита, а распределено вдоль продольной оси. Плотность распределения СИ можно определить через производную функции угла поворота радиус-вектора частицы (пучка) при ее движении по равновесной орбите в поворотном магните. Решение этого этапа задачи было проведено с разными длинами труб (50 см. и 100 см.). На этом этапе уже стало очевидно, что первоначально заложенных (предусмотренных) средств откачки по первоначальному ("стартовому") проекту вакуумной камеры явно недостаточно, чтобы удовлетворить требованиям по обеспечению среднего давления, которые предъявляются к вакуумной системе ВЭПП-2000. Однако решено было провести еще оценку поведения системы с учетом откачки самими стенками вакуумной камеры находящимися при криогенной температуре. Необходимость такой оценки была вызвана тем, что разместить дополнительные вакуумные насосы представлялось затруднительным. На эту проблему влияли такие обстоятельства:

1) Ограничение размерами помещения, в котором будет находиться накопитель ВЭПП-2000 периметра (длины) вакуумной камеры и большая плотность всевозможных устройств, расположенных по периметру накопителя (поворотные и фокусирующие магниты, датчики, детекторы, резонатор и т.д.);

2) Расчет фокусирующих магнитов и других устройств, связанных с движением частиц в накопителе, тесно связан с запланированной длиной вакуумной камеры и с точками расположения этих устройств на накопителе.

Учет криооткачки уже в первом (оценочном) приближении доказал необходимость размещения дополнительных высоковакуумных насосов. Этот вывод явился главным результатом проведенной работы. Аналогичные выводы были получены группой специалистов, проводивших расчет других участков вакуумной камеры. На основании проведенных расчетов всех участков вакуумной камеры накопителя ВЭПП-2000 было принято решение о необходимости проведения нового согласования с другими группами специалистов, работающих над проектом, о возможности размещения дополнительных вакуумных насосов на накопителе.