Skip to main content
SUPERVISOR
Rahighi Javad,Zafarollah Kalantari
جواد رحیقی (استاد راهنما) سیدظفراله کلانتری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Karimi
حسین کریمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394

TITLE

Vacuum System Design, Vacuum Impedance Simulations and Beam Stability Studies for the Storage Ring of ILSF Project
The Iranian Light Source Facility (ILSF) is 3+ generation synchrotron radiaition facility with the 400 mA beam current and 3 GeV of beam energy. The circumference of the storage ring is 528 meters. The current study is designing the vacuum system of ILSF storage ring. The design uses the stainless-steel vacuum chambers with a continuing keyhole profile all around the storage ring. The NEG cartridge and Ion pumps which are installed in the antechamber will pump all the vacuum sectors. Using Molflow and Synrad simulations proved that the machine could reach an average pressure of 1 nTorr after the commissioning phase, which could guarantee a vacuum life time of about 13 hours. The general layout of the vacuum system and the construction steps for the vacuum chambers is also be elaborated on in this study. Several discrete photon absorbers which are designed in three types will absorb all the synchrotron radiations. For the heat load study, a simulation with Synrad is performed to calculate the power distribution on the absorber surfaces. Then the result is used to calculate the stress and strain on the absorbers by Finite Element Analysis (FEA). As the next step in the study, the resistive wall impedance of the vacuum chamber is calculated by using CST. Also a detailed design for the RF shileds for bellows and gate valves is done and the vauum impedance of these components is simulated by CST. Then the TMCI and Head-Tail instabilities is studied in the present of impedences by using the analytical formula. The results of the study include the thresholde current for these instabilities.
امروزه سنکروترون های چشمه نور یکی از پیشرفته ترین ومتمایزترین ابزارهایی هستندکه به منظور کاوش در علوم مختلف به کار می روند. یک سنکروترون چشمه نور در حقیقت یک منبع تولید نور است که با شتاب دادن الکترون ها و عبور آن ها از میدان های مغناطیسی می تواند نور با فرکانس های مختلف تولید کند. این توانایی در تولید فرکانس که دامنه آن امواج مادون قرمز تا اشعه ایکس سخت را در بر می گیرد، به همراه شدت و درخشندگی زیاد و قطبش قابل تنظیم در خصوص پرتوی تولیدی، وجه تمایز این منبع نوری با سایر تجهیزات تولید پرتو ایکس می باشد. به همین جهت این ابزار یک امکان منحصر بفرد به منظور پرتونگاری دقیق در بررسی ساختار مواد مختلف بوده و به طور گسترده در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به اهمیت سنکروترون چشمه نور به عنوان یک عنصر زیربنایی درتوسعه علوم مختلف، در سال 1388 طرح چشمه‌ی نور ایران (شتابگر ملی ایران) در معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری به تصویب رسید تا با اجرایی شدن آن مطابق سند چشم انداز 1404، مجموعه ای از امکانات آزمایشگاهی منحصر به فرد در اختیار پژوهشگران داخلی و منطقه ای قرارگیرد. در چشمه نور ایران که یک سنکروترون نسل +3 است، باریکه الکترون با جریان 400 میلی آمپر و انرژی 3 گیگا الکترون ولت، مسیر 528 متری حلقه انبارش را با سرعتی بسیار نزدیک به سرعت نور می پیماید و حین عبور از میدان های مغناطیسی، پرتوی ایکس با شار و درخشندگی زیاد تولید می کند. یکی از نکات مهم در حلقه انبارش سنکروترون ها، انبارش الکترون ها و افزایش جریان باریکه الکترون به منظور افزایش شار فوتون های تولیدی است. اما جریان باریکه الکترون در حلقه انبارش بواسطه فرآیند های مختلفی اتلاف می شود. یکی از این فرآیندهای اتلافی، برخورد الکترون های پرانرژی باریکه با مولکول های محیط است. از این رو به منظور افزایش طول عمر باریکه ایجاد شرایط خلاء در سرتاسر مسیر حلقه انبارش ضروری است. خلاء مورد نیاز در این قسمت از شتابگر از مرتبه خلاء بسیار زیاد (UHV) است. در خلاء بسیار زیاد فشار خلاء از مرتبه mbar 10 -9 ×1 بوده که رسیدن به چنین فشاری به لحاظ جنس محفظه های خلاء، فرآیند های ساخت، انتخاب سیستم پمپاژ، تمیزکاری و پخت محفظه ها ملاحظات خاص خود را می طلبد. گام نخست در این رساله طراحی سیستم خلاء حلقه انبارش چشمه نور ایران است. این طراحی که شامل طراحی محفظه های خلاء با استفاده از نرم افزار طراحی مکانیکی Solidworks ، انجام شبیه سازی مولکولی پروفایل فشار با استفاده از نرم افزار های Moflow و Synrad و همچنین طراحی های مربوط به جاذب های فوتون و محاسبات حرارتی مربوط به آن ها با استفاده از نرم افزار ANSYS است در فصل های دوم تا چهارم این رساله ارائه می گردد. گام دوم این رساله، به بررسی تاثیرات محفظه خلاء بر دینامیک باریکه الکترون اختصاص دارد. چرا که عبور الکترون ها از محفظه خلاء، با ایجاد امواج الکترومغناطیسی رزونانسی در آن همراه است. این امواج که در محفظه های خلاء و سایر تجهیزات وابسته به آن به دام می افتند، در ادامه بر روی خود باریکه الکترون اثر گذاشته و منجر به کاهش کیفیت باریکه و در نتیجه کاهش کیفیت پرتوی ایکس تولیدی می شوند. همچنین برهم کنش های بین باریکه و امواج به دام افتاده در سیستم خلاء در برخی موارد می تواند منجر به از دست رفتن کلی باریکه و یا ایجاد آسیب به سایر تجهیزات شتابگر شود. از این رو ابتدا در فصل پنجم این رساله، مکانیزم برهم کنشی بین باریکه الکترونی و قطعات سیستم خلاء معرفی می hy;شود. در ادامه با استفاده از نرم افزار شبیه سازی CST ، امپدانس این قطعات، شامل امپدانس اهمی محفظه های خلاء، امپدانس بلوزها و شیرهای دروازه محاسبه شده و توان اتلافی باریکه حین عبور از آن ها محاسبه می گردد. در نهایت در فصل ششم ناپایداری های ناشی از برهم کنش های head-tail و مد جفت شده عرضیِ باریکه الکترون درحضور این قطعات به روش تحلیلی محاسبه شده و جریان آستانه باریکه برای این ناپایداری بدست می آید.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی