不锈钢管道的比放气率研究

作     者：范永山 杜畅通 张化一 郑曙昕 邢庆子 王学武 闫逸花 王敏文 王忠明 

作者机构：清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室 清华大学先进辐射源及应用实验室 清华大学工程物理系 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室 

出 版 物：《真空科学与技术学报》 (Chinese Journal of Vacuum Science and Technology)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 

基　　金：强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室专项经费资助项目(SKLIPR2102) 

主　　题：比放气率 超高真空 不锈钢管道 烘烤温度 

摘      要：不锈钢管道的比放气率是超高真空系统设计的关键参数，降低比放气率是提高真空度的有效方法之一。在西安200 MeV质子应用装置（XiPAF）的重离子升级工程中，重离子同步环真空管道内要求达到超高真空度(10-10Pa量级)，要求不锈钢管道的比放气率不超过1.5×10-13Pa·m3/(s·cm2)。本文通过研究降低不锈钢管道比放气率的方法，得到一套不锈钢管道处理方案，使得不锈钢管道的比放气率不大于此数值。降低比放气率的方案包括三个关键问题，即不锈钢材料的选取、真空炉高温烘烤方案选择和加热带烘烤方案选择。论文设计了实验方案，定制加工了四根相同尺寸的不锈钢实验管道，304和316L两种材料各两根，四根管道分为两组分别进行真空炉500 ℃和950 ℃烘烤，每根管道做四次加热带烘烤实验，烘烤温度依次设定为150 ℃、200 ℃、250 ℃和300 ℃，并测量每根管道最终的比放气率。为测量不锈钢实验管道的比放气率，搭建了一套比放气率测试平台。测量结果表明，加工厂家提供的304和316L两种不锈钢材料的初始管道比放气率的大小与材料种类无特定规律；实验中真空炉或者加热带的烘烤均能使比放气率降低1～2个数量级；管道依次进行真空炉950 ℃烘烤和加热带300 ℃烘烤之后，比放气率可以达到5×10-14Pa·m3/(s·cm2)以下，满足XiPAF重离子升级工程要求。