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中国散裂中子源(CSNS)是基于中子散射的大型多学科研究平台,是由中国科学院和广东省共同建设的国家重大科技基础设施之一。由于快速变化的磁场会在金属真空盒上产生巨大的涡流热损耗和磁场干扰,CSNS快循环同步加速器(RCS)二极磁铁和四极磁铁内将采用等静压成型的氧化铝陶瓷真空盒。而陶瓷表面总的二次电子发射系数(SEY)比金属要高,其产生的二次电子可能会引起束流不稳定性,因此需要在陶瓷真空盒内表面镀一层氮化钛(TiN)薄膜来抑制二次电子发射,提升束流品质。 陶瓷真空盒内表面镀TiN是CSNS真空系统关键工艺之一,本论文主要针对CSNS/RCS二极陶瓷真空盒内壁镀TiN薄膜开展实验和理论研究。在北京正负电子对撞机重大改造工程和CSNS真空系统预研阶段,已对金属真空盒和四极陶瓷真空盒内表面镀TiN积累了丰富经验。根据二极陶瓷真空盒结构特点,设计、加工弯转磁控溅射阴极靶,并提出双靶整体镀膜方案。结合现有设备条件搭建二极陶瓷真空盒单靶镀膜样机系统,先进行单靶的直流磁控溅射镀膜实验,实验结果表明:陶瓷真空盒内表面镀TiN薄膜后SEY峰值降低近一倍(由4.2变为2.3),薄膜中Ti、N比接近0.8,附着力达到要求,但膜厚均匀性还需进一步改善。 本论文还利用COMSOL Multiphysics电磁场模拟计算软件,对二极、四极陶瓷真空盒样机镀膜系统的电磁场进行了详细的计算和分析,得到了镀膜系统的电磁场分布。 经过镀膜实验研究和模拟计算,初步确定了二极陶瓷真空盒镀膜工艺参数,并对实验中遇到的问题进行了分析讨论,为后续研究提供了思路与方向,进而为二极陶瓷真空盒批量镀膜奠定基础。