本发明涉及粒子加速器，特别涉及一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置及其使用方法。
背景技术：
1、真空系统是粒子加速器的基础工程，束流只有在真空环境中运行，才能保持足够的寿命，并且不断地被积累和加速，达到设计的能量和流强。由于被加速的粒子与真空中的残余气体相互作用会导致束流寿命下降，并且引起束流不稳定性和探测器本底，因此，真空系统设计的主要目标就是获得和维持合理的真空度，以保证束流的稳定运行。储存环中的高能粒子在真空室中运动时，会由于库伦散射、核散射和韧致辐射等与残余气体的相互作用而损失，因此为了维持较长的束流寿命，对真空度的要求最高，通常需要达到10-7～10-8pa。
2、储存环真空系统设计的难点之一是如何达到束流存在时的动态真空要求，在储存环真空系统中，导致压力上升的原因除了真空材料的热放气外，主要是由于同步辐射光打在真空管内表面上引起的光子解吸。在高流强的电子储存环中，电子在弯转运动时沿切线方向产生同步辐射光，高能量的光子打在真空管和光子吸收器上将引起温度和压强上升。由同步辐射光引起的气体负载要比一般的材料热放气负载大1～2个数量级，为了降低气载，必须提高真空管内壁的清洁度，降低光电子轰击器壁引起的放气量。同时采用特殊的真空结构设计，利用分布式或集中式的抽气方式，提高真空系统的抽气效率，以满足束流寿命对真空度的要求。
3、超高真空的获得和维持主要是通过离散分布的真空泵(如溅射离子泵、钛升华泵、非蒸散型吸气剂泵等)来实现，真空管内部的压强分布存在一定的纵向梯度，即真空泵附近的真空度较好，而距真空泵较远处的真空度较差。粒子加速器的工程规模通常较大，但由于实际安装空间的限制，需要尽量减少真空泵的数量，即真空泵的间距常常较大；另外加速器所采用的真空室通常为流导较小的细长管道，因此其压强梯度常常较高，严重时会影响束流的寿命和稳定。因此，通常会在真空管内壁镀neg薄膜(即：锆钒钛合金薄膜)，经过试验证明，真空管内壁镀neg薄膜比没有镀膜的真空管，其真空度要好1～2个数量级。
4、在真空管内壁镀上neg薄膜，通过neg薄膜吸附真空室内的残余气体，实现分布式抽气，使真空室由放气源变为具有抽气能力的“真空泵”。除此以外，neg薄膜还能够降低了真空室内表面的放气率；减少真空室内表面的二次电子产额(sey)等优点，但是neg薄膜无法抽除惰性气体和ch4，因此一般还会在被镀真空室两端安装离子泵辅助抽气，以达到高的真空。由此可见，是否能够获得高质量的neg薄膜是细长真空管能否获得好的真空效果的关键因素。
5、neg镀膜系统是通过合理的镀膜方式，搭建相应的实验平台，给真空管内壁镀上高质量的吸气薄膜，从而获得好的真空分布。真空管一般是通过磁控溅射的镀膜方式，通过圆周电磁铁产生磁场，阴极靶丝位于真空室的中心，给阴极丝通电，在氩气或氪气的氛围中，通过磁控溅射镀膜的方式给真空室镀上1微米左右的neg薄膜。传统的镀膜方式为试验行为，只能一根一根镀膜。但在粒子加速器工程实践中，一个四代光源加速器储存环真空系统，真空管通常包含有1000余根长度在1.5米以内的铜真空室；而根据工程的需要，1000余根真空室需要在6个月或更短时间内镀膜完毕，因此，如何批量、高效、高质量的镀膜是当前neg镀膜的重点难点之一。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，该镀膜装置可实现同时对多根真空管的内壁进行批量镀膜，实现高效、稳定的真空管neg镀膜处理。
2、本发明的另一目的在于提供一种上述粒子加速器用的真空管批量镀膜装置的使用方法。
3、本发明的技术方案为：一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，包括上腔体、下腔体、待镀膜真空管、上连接机构、重锤机构、螺线管电磁铁和磁铁安装底座，上腔体与下腔体之间设有多根待镀膜真空管，各待镀膜真空管的上端通过上连接机构与上腔体连接，各待镀膜真空管的下端通过重锤机构与下腔体连接，多根待镀膜真空管的外周设有螺线管电磁铁，螺线管电磁铁的底部设于磁铁安装底座中。其中，每根待镀膜真空管的上下两端分别通过上连接机构、重锤机构与上腔体、下腔体进行安装连接，使得每根待镀膜真空管可形成独立的通道，便于对每根待镀膜真空管单独进行检漏和初步抽真空，上、下腔体分别外接至供气系统和抽真空系统，便于对整个真空管批量镀膜装置进行检漏和抽真空，并对多根待镀膜真空管同时进行镀膜处理。而重锤机构除了用于连接待镀膜真空管和下腔体之外，由于待镀膜真空管内的阴极靶丝与重锤机构连接，因此，重锤机构还可保证阴极靶丝始终位于待镀膜真空管中心，防止阴极靶丝在镀膜过程中由于变软或变形而偏离待镀膜真空管中心。
4、所述上腔体下方设有上部支撑架，下腔体下方设有下部支撑架，上部支撑架与下部支撑架之间连接有中心型材；多根待镀膜真空管沿上部支撑架和下部支撑架的外周分布，各待镀膜真空管与中心型材相平行设置；上腔体下方还设有磁铁支撑架，螺线管电磁铁支撑架的顶部与磁铁支撑架相接。上部支撑架、下部支撑架和中心型材组成一个辅助支撑结构，可有效提高多根待镀膜真空管安装后及镀膜过程中的稳定性。
5、所述中心型材上还分布有若干个中部辅助支撑板，各中部辅助支撑板的外周安装有导轮，真空管批量镀膜装置安装时，各导轮与螺线管电磁铁的内壁相接触。在将安装好各待镀膜真空管后形成的多镀膜通道机构吊装进入螺线管电磁铁时，通过中部辅助支撑板和导轮的设置，一方面可起到导向作用，保证起吊过程的平稳性，另一方面，导轮与螺线管磁铁内壁相接触，有利于快速顺利将多镀膜通道机构安装到螺线管电磁铁中，并起到对中的作用。
6、所述中心型材为方形支撑管材，中心型材的上端与上部支撑架固定连接，中心型材的下端与下部支撑架固定连接，中心型材中部的外周分布有多个中部辅助支撑板，各中部辅助支撑板的主体呈方形，中部辅助支撑板的四个角分别向外延伸形成导轮支撑部，导轮支撑部的末端设置导轮；待镀膜真空管位于相邻两个导轮支撑部中间。
7、所述上连接机构包括由上至下依次设置的上波纹管、电极固定头、上固定腔体和上样片安装架，上波纹管的顶部与上腔体连接，上样片安装架的底部与待镀膜真空管连接，上腔体的内腔与上波纹管、电极固定头、上固定腔体、上样片安装架四者的内腔依次连通，电极固定头的一侧设有电极，电极一端连接有阴极靶丝，阴极靶丝穿过电极固定头、上固定腔体和上样片安装架的内腔后伸入至待镀膜真空管的内腔中。
8、所述电极固定头中，阴极靶丝的外周还设有陶瓷屏蔽管；电极固定头的外侧还设有薄膜规。
9、其中，电极采用cf16真空电极，其一端通过设置电极头与阴极靶丝连接，电极头位于电极固定头内腔(即真空腔体内)的部分，全部通过陶瓷屏蔽管进行屏蔽，防止电极内部放电，阴极靶丝与电极头之间通过顶丝或螺纹固定(该安装方式为常规安装方式)，并保证阴极靶丝在待镀膜真空管的正中心。
10、所述重锤机构包括由下至上依次设置的下波纹管、重锤安装部、下固定腔体和下样片安装架，重锤安装部中设有重锤，下固定腔体与重锤安装部的连接处设有靶丝固定头，靶丝固定头下端与重锤固定连接，重锤下端设有端部陶瓷板，端部陶瓷板与重锤之间通过陶瓷螺钉锁紧固定，下波纹管的底部与下腔体连接，下样片安装架的顶部与待镀膜真空管连接，下腔体的内腔与下波纹管、重锤安装部、下固定腔体、下样片安装架四者的内腔依次连通，待镀膜真空管内的阴极靶丝穿过下样片安装架和下固定腔体的内腔后固定安装于靶丝固定头上。
11、所述靶丝固定头中，阴极靶丝的外周还设有陶瓷屏蔽管；重锤安装部中，重锤的外周还设有外陶瓷管；重锤安装部的外侧还设有薄膜规。
12、其中，重锤位于重锤安装部的中心，并通过设置外陶瓷管，使其与重锤安装部的内腔(即真空室)绝缘，阴极靶丝下端与靶丝固定头之间通过顶丝固定安装(该安装方式为常规安装方式)，外陶瓷管与重锤下端的端部陶瓷板紧密配合，防止重锤放电。
13、所述上腔体顶部和下腔体底部分别设有离子泵，上腔体上还设有进气法兰，下腔体上还设有抽气口。其中，进气法兰处外接供气系统，抽气口处外接抽气用的分子泵系统，上、下腔体上离子泵的设置可有效保障各待镀膜真空管中的真空度。
14、本发明上述粒子加速器用的真空管批量镀膜装置的使用方法，包括以下步骤：
15、(1)将各待镀膜真空管逐一安装于上腔体和下腔体之间，待镀膜真空管的上端通过上连接机构安装于上腔体上，待镀膜真空管的下端通过重锤机构安装于下腔体上，每个待镀膜真空管内形成一个独立的通道，安装后先进行检漏，完成检漏后，对待镀膜真空管内进行抽真空，再真空封装保存，形成一体式的多镀膜通道机构；
16、(2)通过行车将步骤(1)得到的多镀膜通道机构吊起并安装于螺线管电磁铁中，形成整体式的真空管批量镀膜装置，并将真空管批量镀膜装置的上端连接至供气系统，下端连接至分子泵系统，在真空状态下，对真空管批量镀膜装置整体进行检漏和抽真空处理，完成后待镀膜使用。
17、其中，各待镀膜真空管镀膜处理时，其镀膜原理与传统单个真空管的neg镀膜原理相同，即：neg薄膜的镀膜方式为直流磁控溅射镀膜，其基本原理是以磁场改变电子运动方向，束缚和延长电子的运动轨迹，从而提高了电子对工作气体的电离几率，有效地利用了电子的能量，因此在形成高密度等离子体的异常辉光放电中正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效，同时受正交电磁场束缚的电子只能在其能量将要耗尽时才能沉积在基片(即待镀膜真空管的内壁)上，磁控溅射具有“低温”、“高速”两大特点的机理，通过控制磁场、放电电流等参数能够镀出附着力良好，质量可控的高品质薄膜。neg镀膜系统一般由待镀膜真空管、阴极靶丝、螺线管电磁铁及电源、涡轮分子泵机组、真空计、残余气体分析仪、放电电源、气体流量控制器和冷却装置等组成，阴极靶丝由ti、zr、v的合金丝构成，并固定在待镀膜真空管中心，螺线管电磁铁的线圈沿轴向套在真空管的外面，与阴极电压形成正交的电磁场，以提供气体辉光放电条件，高纯度的放电气体kr通过流量控制器充入待镀膜真空管，然后用分子泵机组抽走，放电气体kr在电磁场作用下电离，kr离子打在阴极靶丝上引起吸气剂材料ti-zr-v溅射，被溅射的材料打在待镀膜真空管内壁上形成吸气膜，通过调节阴极电压、螺线管电磁铁的磁场和kr气的压力，可改变吸气剂膜的沉积速率，改善膜的性能和质量，待镀膜真空管完成镀膜后要进行抽速、极限真空和激活寿命测试以检证吸气剂膜的可靠性。
18、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
19、本粒子加速器用的真空管批量镀膜装置及其使用方法可实现同时对多根真空管的内壁进行批量镀膜，实现高效、稳定的真空管neg镀膜处理。镀膜装置中，通过在上、下腔体之间设置多个具有独立通道的待镀膜真空管，各待镀膜真空管的上、下两端分别通过独立的上连接机构(即电极固定机构)、重锤机构进行安装固定，其结构稳定，neg镀膜效率高，可大大节约真空管镀膜所需要的时间，从而降低粒子加速器的工程建设成本。
1.一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，包括上腔体、下腔体、待镀膜真空管、上连接机构、重锤机构、螺线管电磁铁和磁铁安装底座，上腔体与下腔体之间设有多根待镀膜真空管，各待镀膜真空管的上端通过上连接机构与上腔体连接，各待镀膜真空管的下端通过重锤机构与下腔体连接，多根待镀膜真空管的外周设有螺线管电磁铁，螺线管电磁铁的底部设于磁铁安装底座中。
2.根据权利要求1所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述上腔体下方设有上部支撑架，下腔体下方设有下部支撑架，上部支撑架与下部支撑架之间连接有中心型材；多根待镀膜真空管沿上部支撑架和下部支撑架的外周分布，各待镀膜真空管与中心型材相平行设置；上腔体下方还设有磁铁支撑架，螺线管电磁铁支撑架的顶部与磁铁支撑架相接。
3.根据权利要求2所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述中心型材上还分布有若干个中部辅助支撑板，各中部辅助支撑板的外周安装有导轮，真空管批量镀膜装置安装时，各导轮与螺线管电磁铁的内壁相接触。
4.根据权利要求3所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述中心型材为方形支撑管材，中心型材的上端与上部支撑架固定连接，中心型材的下端与下部支撑架固定连接，中心型材中部的外周分布有多个中部辅助支撑板，各中部辅助支撑板的主体呈方形，中部辅助支撑板的四个角分别向外延伸形成导轮支撑部，导轮支撑部的末端设置导轮；待镀膜真空管位于相邻两个导轮支撑部中间。
5.根据权利要求1所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述上连接机构包括由上至下依次设置的上波纹管、电极固定头、上固定腔体和上样片安装架，上波纹管的顶部与上腔体连接，上样片安装架的底部与待镀膜真空管连接，上腔体的内腔与上波纹管、电极固定头、上固定腔体、上样片安装架四者的内腔依次连通，电极固定头的一侧设有电极，电极一端连接有阴极靶丝，阴极靶丝穿过电极固定头、上固定腔体和上样片安装架的内腔后伸入至待镀膜真空管的内腔中。
6.根据权利要求5所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述电极固定头中，阴极靶丝的外周还设有陶瓷屏蔽管；电极固定头的外侧还设有薄膜规。
7.根据权利要求5所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述重锤机构包括由下至上依次设置的下波纹管、重锤安装部、下固定腔体和下样片安装架，重锤安装部中设有重锤，下固定腔体与重锤安装部的连接处设有靶丝固定头，靶丝固定头下端与重锤固定连接，重锤下端设有端部陶瓷板，端部陶瓷板与重锤之间通过陶瓷螺钉锁紧固定，下波纹管的底部与下腔体连接，下样片安装架的顶部与待镀膜真空管连接，下腔体的内腔与下波纹管、重锤安装部、下固定腔体、下样片安装架四者的内腔依次连通，待镀膜真空管内的阴极靶丝穿过下样片安装架和下固定腔体的内腔后固定安装于靶丝固定头上。
8.根据权利要求7所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述靶丝固定头中，阴极靶丝的外周还设有陶瓷屏蔽管；重锤安装部中，重锤的外周还设有外陶瓷管；重锤安装部的外侧还设有薄膜规。
9.根据权利要求1所述一种粒子加速器用的真空管批量镀膜装置，其特征在于，所述上腔体顶部和下腔体底部分别设有离子泵，上腔体上还设有进气法兰，下腔体上还设有抽气口。
10.权利要求1～9任一项所述粒子加速器用的真空管批量镀膜装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
