上海光源是第三代中能同步輻射光源,是由中科院和上海市共同建造的國(guó)家重大科學(xué)工程,其設(shè)計(jì)性能位于國(guó)際前列。上海光源包括一臺(tái)150MeV電子直線加速器、一臺(tái)全能量增強(qiáng)器,一臺(tái)3. 5GeV的電子儲(chǔ)存環(huán),首批建設(shè)的7 條光束線和實(shí)驗(yàn)站。上海光源具有安裝60多條光束線的潛力,可同時(shí)為近百個(gè)實(shí)驗(yàn)站供光。作為具有國(guó)際先進(jìn)水平的高性能科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),上海光源能為生命科學(xué)、材料科學(xué)、地球和環(huán)境科學(xué)、納米科學(xué)、醫(yī)學(xué)與藥學(xué)、化學(xué)化工、微細(xì)加工等多領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和高新技術(shù)開(kāi)發(fā)研究提供不可替代的實(shí)驗(yàn)研究手段。上海光源已于2007 年底建成并開(kāi)始試運(yùn)行,于2008 年下半年達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo),將于09 年5 月對(duì)外開(kāi)放使用。

　　儲(chǔ)存環(huán)是光源的主體設(shè)備,周長(zhǎng)432m ,分為20個(gè)單元,儲(chǔ)存能量3.5GeV ,流強(qiáng)200mA～300mA的電子束流。真空系統(tǒng)是儲(chǔ)存環(huán)的主要設(shè)備之一。為了確保10h 以上的總束流壽命,殘余氣體散射束流壽命必須達(dá)到30h 以上。為此,束流室內(nèi)的平均動(dòng)態(tài)壓強(qiáng)必須達(dá)到1.3×10-7Pa 。真空室為雙室結(jié)構(gòu)的316LN不銹鋼真空室。分散的吸收器有序排列在真空室的抽氣室上,準(zhǔn)直引入光束線的同步輻射光束,吸收廢棄的同步輻射光,并把熱量轉(zhuǎn)移到真空室外,確保真空室安全。(SIP + NEG) 復(fù)合泵和TSP 安裝在抽氣室上,多數(shù)鄰近吸收器,接近光電解析氣載。必須盡量減小束流室的真空阻抗,波紋管內(nèi)采用了單指型屏蔽機(jī)構(gòu)。內(nèi)含屏蔽機(jī)構(gòu)的全金屬門閥位于每?jī)蓚�(gè)單元兩端,把它們隔離成獨(dú)立的真空系統(tǒng)。由于磁鐵和真空室間的空間限制和同步輻射光對(duì)吸收器的高效清洗,磁鐵內(nèi)的真空室不能現(xiàn)場(chǎng)烘烤,不被磁鐵包裹的真空室和全環(huán)所有真空泵都進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)烘烤。一個(gè)單元內(nèi)的真空系統(tǒng)的布局圖示于圖1。

1、上海光源儲(chǔ)存環(huán)的真空室

　　真空室主要材料是日本產(chǎn)3mm厚316LN不銹鋼薄板。用ANSYS程序?qū)φ婵帐业慕Y(jié)構(gòu)和冷卻進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。每段3m真空室的平面度和直線度的公差要求小于1mm ,真空室焊縫處導(dǎo)磁率要小于1.02,真空室內(nèi)壁的焊縫、臺(tái)階、縫隙尺寸都必須小于0.5mm ,總漏率要小于1×10^-8 Pa.L/s。為了達(dá)到這樣的高指標(biāo),加工難度很大,研制了多個(gè)樣機(jī)后,我們終于確定了特殊的工裝和工藝,解決了所有的技術(shù)難題,為高效率和高質(zhì)量批量生產(chǎn)真空室作好了準(zhǔn)備。期間,設(shè)計(jì)和加工了一個(gè)大型真空退火爐,用于降低焊縫的導(dǎo)磁率和真空除氣。典型真空室示于圖2 ,詳細(xì)信息請(qǐng)參考真空技術(shù)網(wǎng)上的相關(guān)文章 。

2、光子吸收器

　　為了確保真空室安全和熱穩(wěn)定性,并準(zhǔn)直進(jìn)入光束線的同步輻射光,172個(gè)分散的無(wú)氧銅光子吸收器有序排列在抽氣室上。它們分為垂直型、水平型和特殊型三類,示于圖3,因結(jié)構(gòu)和尺寸不同,有24種規(guī)格。

　　對(duì)應(yīng)3.5GeV 和300mA的束流,40個(gè)彎轉(zhuǎn)磁鐵內(nèi)的同步輻射功率是435kW,在一個(gè)吸收器上沉擊的最大功率是1128W。多數(shù)吸收器由上下兩片組裝而成,每片象一把梳子,上片的齒和下片的齒互相插入,形成光學(xué)密封結(jié)構(gòu),阻擋同步輻射光;但上下齒互不接觸,當(dāng)吸收器溫度升高時(shí),上下齒可以分別熱膨脹,避免吸收器內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力 。用ANSYS 程序?qū)?4種規(guī)格吸收器進(jìn)行了熱分析,對(duì)于將來(lái)希望的400mA 束流,吸收器將能安全工作。400mA 束流時(shí)水平吸收器上最大的溫度和應(yīng)力分別是168 ℃ 和70MPa ,對(duì)垂直吸收器,相應(yīng)值是295 ℃和111MPa 。冷卻水和水管壁交界處的最高水溫是100 ℃,在5kg·cm- 2水壓下不會(huì)沸騰。