介紹了BEPCⅡ真空內扭擺磁鐵的內真空盒系統。當BEPCⅡ在對撞模式下運行時，真空內扭擺磁鐵的間隙拉開到最大值，將內真空盒推入磁極中間，可以使上下游真空盒實現連續光滑的RF 過渡，從而降低束流阻抗和高次模發熱。通過束流實驗觀察了內真空盒推入前后磁極表面溫度的升高過程，證實了其對于降低磁極上的高次模發熱是有效的。在有內真空盒的條件下，觀察到磁極表面的平衡溫度與總流強和單束團流強的乘積成線性關系。

　　北京正負電子對撞機改造工程（BEPCⅡ）的儲存環外環第四象限上安裝有一臺真空內扭擺磁鐵（代號4W2），這是國內目前磁場最高，磁間隙可調范圍最大以及橫向好場區最寬的真空內扭擺磁鐵^[1]。

　　4W2 的真空腔室較大，孔徑與其上下游的儲存環真空盒不一致，這種結構會帶來相應的束流阻抗。為了運行時形成鏡像壁電流的連續通路, 保持良好的電接觸, 減小高次模的泄漏及束流不穩定性, 4W2 真空室內安裝了一套內真空盒系統。其功能類似于屏蔽波紋管的RF- finger，可以幫助4W2 與上下游真空盒實現連續光滑的RF過渡^[2,3] 。

　　本文介紹了使用內真空盒系統前后，4W2磁極在束流運行時的發熱情況，確認了內真空盒系統在抑制高次模發熱方面的作用。

1、4W2 內真空盒系統簡介

　　如圖1 所示，當加速器運行在對撞模式時，扭擺磁鐵的磁極豎直方向完全拉開（gap=120 mm），可以通過直線電機將一個和上下游真空盒截面相一致的內真空盒（52 mm×120 mm 的跑道型束流孔徑），水平推入扭擺磁鐵極面中間^[4]，使得4W2與上下游真空盒實現連續光滑的RF 過渡，從而減少了束流阻抗。當加速器運行在同步輻射專用模式運行時，相反地操作，水平拉回內真空盒，扭擺磁鐵的磁極合攏，最小的磁間隙可壓縮到12 mm，可允許同步輻射專用模式在小間隙下工作。

圖1 真空內扭擺磁鐵的內真空盒

2、4W2 磁極的高次模發熱實驗

　　該實驗在同樣的束流條件下，分別觀察推入內真空盒之前和之后4W2 磁極表面的升溫過程。測溫用的熱偶安裝在磁極的側表面。熱偶信號經真空穿墻件引出后，就地轉換成數字信號傳送，避免了傳輸誤差。

　　另外，由于高次模在對磁極加熱的同時也會對熱偶本身加熱，且熱偶本身升溫要快于磁極表面，因此在測量磁極表面的溫度時需要等熱偶的讀數穩定一段時間，才能認為該讀數接近磁極表面的真實溫度。注入過程以及丟束過程中出現的溫度陡升和陡降都視為干擾，不作為溫度數據。

2.1、推入內真空盒之前的實驗

　　在BEPCⅡ 對撞模式下（1.89 GeV)，當4W2的磁極完全拉開，內真空盒還沒有推入極面中間，我們做了以下束流實驗。通過top- up 注入方式，將電子束流的總流強維持在340~350 mA 之間，注入的束團數為50，觀察4W2 磁極表面溫度變化過程。

　　束流維持了大約1 h 后， 溫度上升到了185℃左右，如圖2 所示。溫度在185℃維持了大約40 min 后，繼續上升達到了198℃。這時，由于磁極溫度過高可能發生退磁，我們不再補注束流。此后，流強不斷下降，溫度曲線的陡升和陡降是束流丟失過程中的干擾信號。

2.2、推入內真空盒之后的實驗

　　保持4W2 磁極的完全拉開狀態，將內真空盒推入極面中間，重新觀察在上述束流條件下，4W2 磁極表面的升溫過程。如圖3 所示，這次實驗進行了大約4 h，溫度上升到130℃之后，一直維持在130℃~140℃之間，沒有繼續升高（實驗結束時，溫度曲線尾部的突起是束流丟失過程中的干擾信號）。

圖2 推入內真空盒之前的束流實驗結果　圖3 推入內真空盒之后的溫升實驗

2.3、不同束流條件下的平衡溫度

　　從推入內真空盒之后的溫升實驗可以看出，有了內真空盒， 對應于某一穩定的束流條件，4W2 磁極表面溫度可以保持在一個平衡溫度附近，并維持比較長的時間。我們改變束流的總流強I 以及束團個數n，通過幾次實驗來觀察平衡溫度T 的相應變化。已知高次模發熱功率基本上與總流強和單束團流強的乘積（I² /n）成正比^[5] ，考察一下幾次實驗中平衡溫度T 與I² /n 的關系，結果歸納如表1（I 取top- up 注入的平均流強）：

表1 不同束流條件下的平衡溫度

　　由直線擬合可以看出，T 與I2 /n 成線性關系，如圖4。

　　擬合得到的公式是T=28.2+0.04523 I²/n。由此外推，如果限定平衡溫度不能超過180℃，束團個數為99，那么可算得此時允許的top- up 注入的平均流強大約為576 mA， 也就是大約在570~580 mA 之間。如果要將束流流強的上限提高到580 mA 以上，那么就必須降低top- up 注入的下限。實際運行中，注入的束流經常在600 mA 以上，那么必須等流強降至500 mA 以下才進行補注，以限制4W2 磁極的溫升。

圖4 平衡溫度與I²/n 成線性關系

3、結論

　　通過推入內真空盒前后的束流實驗，觀察到在相同束流條件下，有內真空盒時的4W2 磁極表面溫升明顯低于沒有內真空盒時的溫升。可見，內真空盒起到了很好的抑制高次模發熱的作用。實際上，在BEPCⅡ后來的高流強（600 mA 以上）運行中，內真空盒成為了4W2 磁極不可或缺的保護屏^[6] 。

　　在有內真空盒的條件下，4W2 磁極表面溫度可以保持在一個平衡溫度附近，并維持比較長的時間。平衡溫度與總流強和單束團流強的乘積I² /n 成線性關系。

參考文獻

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