CSNS四极陶瓷真空盒镀膜系统的电磁场模拟计算分析
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T R&D
CSNS四极陶瓷真空盒镀膜系统的电磁场
模拟计算分析
王梨兵
(神华准能资源综合开发有限公司,内蒙古薛家湾01 0300)
摘 要 针对中国散裂中子源(CSNS)四极陶瓷真空盒磁控溅射镀膜系统,采用CST仿真软件,进行了镀膜系统安置
外导电层、内导电层及无导电层三种情况下的电磁场模拟计算及结果对比与分析,并结合实验系统和磁控溅射相关理
论进行了讨论,对实验系统镀膜研究提供了理论基础和指导,同时也为如何进行绝缘体长直管道的内壁镀膜提供了一
定的思路。
关键词镀膜;CST;电磁场;模拟计算
中图分类号:TB43 文献标识码:A 文章编号:167卜7 597(201 3)18-005 2-03
中国散裂中子源(China Spa1lation Neutron Source,
CSNS)是即将建造的中国第一台散裂中子源,也将成为发展中
国家拥有的第~台散裂中子源。该装置由一台80MeV负氢直线
加速器、一台1.6GeV快循环质子同步加速器、两条束流输运线、
一个靶站和三台谱仪及相应的配套设施组成,利用中子研究物
质微观结构和运动,建成后将在物理学、化学、生命科学、材
料科学、生物学、纳米科学、医药、国防科研、工业应用和新
型能源开发等诸多重要学科前沿领域内,为我国提供一个先进
的基础研究和高技术研究的综合科研平台。
中国散裂中子源的快循环质子同步加速器(Rapid Cycling
Synchrotron,RCS)的二极和四极真空盒均采用陶瓷材料,以
减少磁场快速上升产生的涡流效应及其对真空盒的损坏危险。
此外,环绕的高能粒子会把束流管道内的残余气体分子电离,
然后捕获其中的电子,这些电子在质子吸引下运动,打在真空
盒内壁,可能产生二次电子或多次电子发射,在管道内部形成
稳态的电子云分布,从而影响质子束的稳定性,即电子云不稳
定性,又叫e—P不稳定性。TiN具有好的真空性能以及低的二
次电子发射系数(Secondary E1ectron Yield,SEY),采用磁
控溅射法在陶瓷真空盒内壁镀一层适当厚度的TiN薄膜,可减
小真空盒内壁的二次电子发射系数,抑制潜在的电子云不稳定
性,从而提高加速器的束流性能。
1模拟软件及计算方法介绍
磁控溅射主要是在溅射装置系统中引入与电场正交的磁场,
利用磁场的洛伦兹力对阴极靶表面电子运动的束缚作用,来延
长电子的运动路径,提高对工作气体的电离几率,从而提高沉
积效率。因此,溅射装置真空室内电磁场的分析计算,特别是
磁场分布的分析计算,就显得尤为重要。
1 1软件介绍
文章采用CST软件(Computer Simulation Technology)
来对CSNS四极陶瓷真空盒磁控溅射镀膜系统的电磁场进行模拟
计算分析,下面对该软件做简单介绍。
CST软件是全球最大纯电磁场仿真软件公司CST推出的三
维全波电磁场仿真软件,早期的CST软件是基于有限积分算法
的仿真软件,现己成为一个工作室套装软件,包含有限积分法
和有限元法,在建立复杂3D模型方面有着友好的用户图形界
面。CST软件具有独特的网格生成技术:理想边界拟合(Perfect
Boundary Approximation,PBA)和薄片技术(Thin Sheet Technology,TST),在计算时间、生成网格和计算误差方面优
于同类仿真软件,其全参量化结构建模为结构优化设计提供了
方便,并具有丰富的结果分析工具,是面向3D电磁场、微波电
路和温度场设计工程师的一款最有效、最精确的专业仿真软
件包
CST共包含七个工作室子软件,分别为CST印制板工作
室(CST PCB STUDIO)、CST电缆工作室(CST CABLE STUDIO)、
CST MS工作室(CST MIcR0sTRIPEs)、CaT微波工作室(CST
MICROWAVE STUDIO)、CST电磁工作室(CST EM STUDIO)、CST
粒子工作室(CST PARTICLE STUDIO)、CST设计工作室(CST
DESIGN STUDIO),集成在同一平台上,可以为用户提供完整的
系统级和部件级的数值仿真分析。此外,CST还包含强大的建
模工具,方便用户建模使用,并且保留有与机械设计软件CAD、
EDA、CAE等软件的接口通道,可以方便地将已设计的图纸导入
CST平台中,大大缩短用户的建模时间。
CST七个工作室子软件各有针对性,实际应用时可根据不同
需求,选用不同的工作室。文章应用CST电磁工作室(CST EM
STUDIO)来进行电磁场的模拟计算,电磁工作室主要针对(准)
静电、(准)静磁、稳恒电流、低频电磁场及温度场等的仿真模
拟计算,多用于传感器、驱动装置、变压器、测试仪器、感应加热、
无损探伤和电磁屏蔽等领域。
1.2模拟计算方法
利用CST电磁工作室(CST EM STUDIO)来进行电磁场模
拟计算时,首先要获取装置的几何尺寸,建立装置模型;其次
要获取装置各部件的物理条件,包括材料、电导率、磁化率等
相关信息,设置模型各部件物理参数;定义源和激励,其中静
电场源包括电压、电荷两种形式,静磁场源包括线圈、永磁铁、
电流线、外部场等形式;根据分析数据的类型进行合理的网格
划分;根据分析需要设置合适的物理边界;定义各面边界条件:
选用求解器,定义合适的求解参数,求解计算;最后进行结果
的后处理,包括2D和3D场的可视化、沿任意路径场的积分和
可视化、电磁场数据输出等等。流程如图l所示。
2外导电层镀膜系统电磁场模拟计算
2.1模型的建立
要建立模型,首先要获取系统详细的结构尺寸,对于四极
陶瓷真空盒磁控溅射镀膜系统,各部件结构尺寸如下。
2013年第18期总第138期
S-L_C0N VALLEY
径流中的污染物主要由被污染的大气层、地面和屋面直接带来。
此外,由于我国城市合流制排水管系占很大比例,一些分流制
管系混接、错接与乱接问题严重,雨季有大量城市污水溢入水体,
也造成很大的污染。同时,由于夏季气温比较高,导致水草大
量繁殖,后期水草死亡,腐烂,也可以导致水体中BOD 含量增加。
游人多,不文明游客乱扔的杂物也是导致BOD 含量增加的的
原因。
4 2建议治理措施
通过本次调查的镜湖公园景观水体的污染和治理现状来看,
目前公园采取了一些有利于改善水质的治理措施。但在水体这
样一个许多因素相互作用的系统中,如果某一个因素受到影响
较严重,就可能导致整个水体受到污染。而想要达到理想的治
理效果,也不能单纯依靠某一种技术或措施就达成。这还需要
采取包括物理、化学、生物、生态等多种措施相结合的综合性
治理措施,建立完善的水体生态系统,提高水体自身的净化能力,
同时要最大限度的控制新的污染物质进入水体。总之,公园景
观水体治理的根本就是综合物理、化学、生物等措施,促使生
态系统达到平衡,当然这将是一个长期的过程。
{1(上接第24页)"
冷器,最高的降温值能够达到9O摄氏度左右,该值符合露点温
测要求。
5.显示模块。为方便用户对传感器进行调、测试,本设
计采用了Lab VIEW软件在计算机上设计调试串口,并以串口
RS232协议实现传感器与计算机之间的通信连接。传感器采集
到的数据经由RS232串口传给计算机之后,各项数据均能够在
可视化视窗中显示出来,有助于用户进行分析判断。
3结论
综上所述,本文设计所设计的基于MEMS和数字信号处理器
的露点传感器,已在一些气象观测工程中获得了应用,该传感
器不但能够实现对大气露点的快速准确测量,而且传感器本身
还具有体积小、响应速度快、造价低等优点,只要在现有的基
础上,再进行进一步的完善,其必将会在气象观测领域当中获
得广泛应用。
参考文献 - 参考文献
[1]关亮炯.我国水污染现状及治理对策[J】.科技情报开发与经
济,2004,14(6):80-81.
[2]张智,林艳,梁健.水体富营养化及其治理措施[J].重庆环
境科学,2002,24(3):52-54.
[3]王艳春,李延明.北京公园水体污染原因分析及治理现状调
查[J].环境科学与技术,2006,29(11):50-52.
…4李贵宝,郝红,张燕.我国水环境质量标准的发展….水利
技术监督,2O03(03):1 5-27.
[5]李坚,陈静.稀释接种法测定BOD一5[J]环境监测管理与技
术,1998(04):88-96.
[6]王中平,潘呜钟,田秀莲.城市水环境监测网格实测法优化
布点方法的实施与研究[J].河南科学,1992(01):58—78.
[7]李贵宝,郝红,张燕.我国水环境质量标准的发展[J].水利
技术监督,2OO3(03):18—3O.
[8]曹佳红,黄铭,林军平.五日生化需氧量(BOD一5)测定方法
探讨[J].四川环境,2OO3(O5):1 07-11 8.
[9】环境保护部.水质五日生化需氧量(BOD )的测定稀释与接
种法(HJ 5O5—2009)
"(上接第63页)"
全性,比如物理安全、网络安全和信息存储安全,对于非法入
侵行为可以自动查杀。
4.3建立纵深安全防御体制,维护用户隐私和数据完整性
建立纵深安全防御体制可以有效控制病毒和木马程序在网
络平台内部传播,实时监控网络运行状况,并及时修复网络异
常或者数据缺失。加强用户中心数据管理可以保证系统的数据
处理流程的Jll ̄N进行。加强用户操作管理,保障用户数据传送
的准确无误。
5结束语
多处理器虚拟化云计算应用可以实现处理器之间的信息交
流,构建相对独立而又联系密切的VMM和CAPPM,实现两者之间
的交流通信,在保证安全的基础上,提高云计算效率。
参考文献
发展及枷舍导 . 意 卅201 1,3
・, , ・~ . ,. ……, 一 _ 一1 3…66- 1 3~72
., ̄11/ u ̄ot z…… 一 “
妻妻,。霉 量・ =子=加速度传感器结构的有 汪,J 林,王振林,孙逸峰,刘毅,张彬彬,罗英伟.利m由 /分 , 詈
, 、 1 1 。
…, . 4’[ 】 ’z :。; 'rc'j/sT%,pAu:.
・数字信号处理技术的算法分析与应用[J】・中国惯性4”6 :4’7 一 。、 ……” ”…………。
0
. 11 (
, , , ,、…… 、 。 … [3i I法,王刊良,基于理论构建的计算机仿真框架一步骤及 坚
・微丰几 系统(MEMS)技术及发展趋势[J ; : 20 11 ,~01 ( ) 机械设计与研究
,2012(4)・4…6-47………… ~一………… …
”(上接第54页)}{
[4】8NS/BNL Team.Des ign and Implement SNS Ring Vacuum
System with E1ectron Cloud Instabi1ity I S sues[R].
Brookhaven Nationa1 Laboratory,Suffolk Country,2005.9.
[5】许根慧,姜恩永,盛京,等.等离子体技术与应用[M].北
京:化学工业出版社,2006.
[6]张耀峰.加速器不锈钢管道真空室镀TiN薄膜系统的研究及实
验【D】.中国科学技术大学,2008. 作者简介
王梨兵(1984一),男,河南鄢陵人,博士研究生,工程
师,现主要从事仪器仪表、工艺系统控制及信息化等相关
工作。