Nguyên tắc hoạt động và vận hành máy gia tốc 5SDH2 PELLETRON

Trong quá trình vận hành, một chùm ion dươngđược giải phóng từ một trạng thái plasma được tạo ra từ nguồn RF và được giatốc vào trong ống trao đổi điện tích ở 6keV nơi mà 1 tỉ lệ khoảng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

MỤC LỤC

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY GIA TỐC 5SDH-2 PELLETRON

Hệ máy gia tốc HUS 5SDH-2 Pelletron đặt tại trường Đại học khoa học

tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội bao gồm các thành phần chính sau đây:

1.1 Nguồn ion RF (Radio Frequency)

Nguồn trao đổi Ion RF của NEC được lấy làm kiểu mẫu sau khi nguồn nàyđược sử dụng bởi H.T.Richards ở đại học Wisconsin - Madison từ năm 1976.Khi được ứng dụng cho việc tạo nguồn He- thì được đặt tên là Alphtross Phiênbản gốc được phát triển từ năm 1967 và về sau được ứng dụng vào việc tạonguồn ion sử dụng bởi NEC Trong quá trình vận hành, một chùm ion dươngđược giải phóng từ một trạng thái plasma được tạo ra từ nguồn RF và được giatốc vào trong ống trao đổi điện tích ở 6keV nơi mà 1 tỉ lệ khoảng (1-2%) chùmtia được chuyển đổi thành các ion dương và sau đó được giải phóng và được giatốc với năng lượng mong muốn

Ống trao đổi điện tích dùng hơi Rubidium vì nó có tiết diện tạo He- cao.NEC Alphatross sử dụng một bình ngưng tụ Rubidium để ngăn cản sự di chuyểnhơi Rubidium vào trong bình thạch anh và plasma Một tấm chắn nữa được đặt ởphía đầu ra của bộ chuyển đổi điện tích để cách li khí rubidium khỏi các thấukính, van

1.2 Nguồn ion SNICS II (Source of Negative Ions by Cesium Sputtering)

Thiết kế: Thiết kế của nguồn ion âm bởi phún xạ Cesium (SNICS) đượcphân phối bởi NEC dựa trên các bài luận văn của J.H.Billen, H.T.Richards vàG.T.Caskey, ở đại học Wisconsin và một bài luận văn đọc lập khác của R.Middleton, ở đại học Pennsylvania SNICS II là nguồn ion thế hệ thứ 2 đượcphát triển như một sự cải tiến nguồn SNICS ở việc vận chuyển cesium trongnguồn, độ tin cậy và dễ dàng hơn trong việc tiếp cận cathode

Hình 1: Sơ đồ nguồn SNICS II

Nguyên tắc hoạt động: Hơi Cs đi từ lò nung cesium vào trong một buồngkín nằm giữa cathode được làm lạnh và bề mặt ionzer bị nung nóng Một ítcesium ngưng tụ ở mặt trước cathode và một ít cesium bị ion hóa bởi bề mặtionzer được nung nóng Các ion cesium được gia tốc bay về phía cathode, cáchạt phún xạ từ cathode đi qua những lớp cesium bị ngưng tụ Một vài vật liệu sẽ

<<ưu tiên>> cho các ion phún xạ âm Các vật liệu khác sẽ <<ưu tiên> các ionphún xạ trung hòa hoặc các ion phún xạ dương đã nhận thêm electron khi chúng

đi qua lớp cesium ngưng tụ, qua đó sản sinh ra các ion âm,

Nguồn SNICS II được đặt trong một buồng kín làm bằng kim loại Chỉ cónhững o-ring nằm ở đằng sau vùng làm lạnh trên giá đỡ cathode Sự sắp xếp nàycho phép phần thân của nguồn vẫn được giữ ấm cùng với cathode Thêm vào đó,thể tích xung quanh buồng ion hóa và cathode luôn được bọc kín hoàn toàn.Thiết kế này đã được cân nhắc kỹ để luôn giữ được hơi cesium trong vùng thểtích yêu cầu để tạo được chùm ion lớn tối đa

Nguồn SNICS II được trang bị một van trên bộ giá đỡ cathode Điều nàycho phép thay cathode mà không ảnh hưởng gì đến chân không của nguồn Khi

đó Cathode, extractor và bộ tạo chênh thế (bias voltage) cần phải được ngắt

Nói chung cường độ chùm tia được tạo ra bởi SNICS II là hàm phụ thuộcvào thành phần cấu tạo của cathode, thế của cathode, thông lượng ion cesium vànhiệt độ của cathode được điều chỉnh bởi nước làm mát

2 Buồng gia tốc chính

Buồng gia tốc 5SDH-2 Pelletron là loại buồng gia tốc tĩnh điện 2 triệuvolt, có khả năng gia tốc nhiều loại ion khác nhau trong một khoảng năng lượngrộng trong phân tích bằng tán xạ ngược Rutherford (RBS), PIXE, cấy ghép ion

và các thí nghiệm vật lý hạt nhân

Buồng gia tốc có cấu trúc cách điện cao, một hệ thống nạp điện tạo ra điệnthế lớn, và ống gia tốc được hút chân không trên đường đi của chùm tia Ở giữa

của buồng gia tốc là điện thế đỉnh lớn (TV) và hai bên là ống gia tốc năng lượngthấp và ống gia tốc năng lượng cao.

Nguyên lý hoạt động: Chùm ion âm sinh ra trong các nguồn ion âm đượcgia tốc trước để đạt đến một năng lượng trung bình trước khi bay vào 5SDH-2.Chùm tia đi vào vùng năng lượng thấp của máy gia tốc, các ion âm bị hút bởiđiện tích dương ở điện thế đỉnh lớn (TV) do đó chúng được gia tốc Ở điểm giữabuồng gia tốc, các ion âm đi vào một thiết bị gọi là “stripper”(bộ tước) ở đóchúng được “tước bỏ” 2 hoặc nhiều electron và biến thành các ion dương Khicác ion dương này đi ra khỏi bộ tước và trôi về tầng gia tốc thứ hai của buồnggia tốc (vùng năng lượng cao) thì được cao thế dương ở điểm giữa tác động lựcđẩy vào và do đó được gia tốc một lần nữa

Cấu trúc gia tốc kép này cho phép tăng gấp đôi năng lượng của các ionđơn lẻ mà đã được gia tốc ở tầng gia tốc thứ nhất, với cùng một điện thế đỉnh(TV), các ion sẽ mang điện tích +n và năng lượng cuối cùng (n+1)*e*V, với e làđiện tích electron, V là điện thế đỉnh

Ngoài các thành phần cơ bản được đề cập ở trên, 5SDH-2 còn các thiết bịngoại vi khác để điều khiển, điều chỉnh, đo đạc, giữ ổn định các chức năng giatốc.Các thành phần cụ thể của buồng gia tốc 5SDH-2 có thể kể ra dưới đây:

Toàn bộ các thành phần gia tốc của 5SDH-2 được chứa trong một buồngchứa chịu áp lực Mục đích của buồng chứa này là chứa đầy khí SF6, cách lylượng khí này với bên ngoài, khí SF6 là loại khí cần thiết cho quá trình vận hành

ở điện thế cao Áp suất làm việc tiêu chuẩn của khí SF6 tinh khiết ở thế cao nhất

là 80 psig Buồng cũng có thể được hút chân không, phục vụ cho việc chuyểnkhí SF6

Buồng chứa được làm từ hai phần: Phần hình quả chuông dài và một bảntròn phẳng ở phần cuối có gắn bộ khung ở đó Phần bản tròn phẳng có bánh xephụ trợ, có thể được đẩy ra khỏi phần hình chuông, từ đó đẩy ra toàn bộ cấu trúckhung gia tốc Phần giữa của bản phẳng có một lỗ tròn để cho chùm tia ra và các

lỗ khác để cho các đầu vào của các bộ phận điều khiển và nước làm mát… Tất cảcác cửa vào đã được thiết kế một cách cẩn thận để ngăn cản mọi sự rò rỉ khí SF6.

2.2 Khung sườn phụ trợ và vùng thế đỉnh.

- Khung sườn phụ trợ có cấu trúc phức hợp để nâng đỡ cho ống gia tốc,vùng thế đỉnh cũng như các bộ phận cách điện, bộ phận phân thế giữa điện thếđỉnh và thế nối đất

- Vùng thể đỉnh chứa hệ tước (gas stripper) và phần cao thế cuối của quátrình nạp điện, còn gọi là thế đỉnh (terminal) Một vỏ hình trụ nhẵn bóng baoquanh các cấu trúc của vùng này, được gắn chặt bằng ốc vít

2.3 Hệ chân không

Ống gia tốc, bộ tước, ống trôi ở phần cuối là những bộ phận của hệ chânkhông Các bộ phận này đều được làm từ kim loại và gốm, các vật liệu hỗ trợchân không cao

Các máy bơm chân không cao được đặt ở gần lối vào và lối ra của buồnggia tốc, các bơm chân không này cần phải là loại không thải ra các hơi hữu cơ(Cryogenic pumps, ion pumps hay turbo molecular pumps) Cùng với đó là cácmáy đo chân không, cần tránh vận hành buồng gia tốc nếu áp suất vượt qua1x10-5 Torr, khi đó hiện tượng phóng điện sẽ xảy ra

2.4 Ống gia tốc

Ống gia tốc tạo ra môi trường chân không cao cách ly với bên ngoài trênđường gia tốc chùm tia nằm giữa thế đỉnh và thế nối đất Nó được ghép từ cácphần khác nhau, mỗi phần được làm từ các miếng kim lọa xen kẽ nhau và cácvành gốm được liên kết chặt với nhau bằng một công đoạn đặc biệt Mỗi phầncủa ống gia tốc có thể chịu được điện thế cao và có thể duy trì chân không trongống ở mức dưới 5x10-8 Torr

Ngoài ra, còn có các chi tiết hình khuyên làm bằng thép không rỉ được gắntrên ống gia tốc ở mỗi khoảng ½ inch (1.27mm) còn được gọi là “spark gaps”,trên các “spark gaps” này là các điện trở 555MΩ,5% được dùng để tuyến tínhhóa sự phân bố điện thế giữa thế đỉnh và thế nối đất Điện trở có giá trị sao chodòng đi qua nó (column current) là 45 µA ở thế đỉnh gần đạt mức tối đa (2 MV).Khoảng (gap) cuối được dùng để đo dòng này Các điện trở ở ống gia tốc nănglượng thấp (lối vào) có giá trị nhỏ hơn ở phần ống gia tốc ở lối ra

2.5 Hệ thống tước electron (stripping system)

Vùng thể đỉnh của 5SDH-2 bao gồm một hệ thống khí tước electronhoặc/và hệ thống foil tước, dùng để chuyển các ion âm tới thành các ion dương,bằng cách cho chùm tia đi qua bia bằng khí nitơ hoặc phoi carbon, dẫn đến các

va chạm trao đổi điện tích

Thiết kế chuẩn của hệ khi tước electron này có đường kính 7.9 mm, ốngdài 610mm bên trong và ống bơm đường kính 100mm Một vách ngăn có khe hởđường kính 5/16 inch để cho chùm tia sau khi được tước electron đi qua, đồngthời ngăn cản hầu hết khí tước đi vào ống gia tốc

Bộ phận khí tước electron của 5SDH-2 sử dụng bơm turbo-phân tử trênvùng thế đỉnh để tuần hoàn khí tước Vòng tuần hoàn này giúp giảm thiểu lượngkhí có thể đi vào ống gia tốc Một “cái bẫy” đặc biệt chứa một loạt các tấm hấpthụ, có tác dụng làm sạch các khí tuần hoàn trước khi nó trở lại bộ tước

2.6 Hệ thống nạp điện

Việc nạp điện trong buồng gia tốc được thực hiện bởi một xích tải điện.Xích tải điện được làm từ các khối hình trụ bằng kim loại và nối với nhau bằngcác miếng cách điện bằng nylon Xích tải điện chạy giữa rãnh của một bánh đệmtruyền động nằm ở phần cuối buồng gia tốc và một bánh đệm nằm ở vùng thếđỉnh

Điện tích dương được cảm ứng trên mỗi khối kim loại (pellets) khi chúngrời khỏi bánh đệm ở phần cuối buồng gia tốc bằng các cuộn cảm có thể tạo

chênh thế từ 0 đến -50 kV qua nguồn cấp điện nằm ở bản phẳng cuối buồng giatốc Trước khi đi vào vùng thế đỉnh, các khối tích điện đi qua một con quay (pickoff puli) nhỏ Ở đây một vài điện tích được rút ra khỏi các khối tích điện (Thôngqua lớp dẫn điện bằng polyurethane) và được truyền đến cuộn cảm ở phía bênkia vòng quay Khi các khối kim loại tích điện tiến đến rãnh bánh đệm thì chúngchịu ảnh hưởng của bộ triệt (Suppressor) có tác dụng ngăn chặn sự đánh lửa giữacác khối kim loại và rãnh bánh đệm ở chỗ tiếp xúc giữa chúng Khi các khối kimloại đi ra khỏi Suspressor, điện tích của chúng được trôi đều vào trong thế đỉnh ởgiữa bánh đệm, tạo ra cao thế ở vùng giữa thế đỉnh là tổng hợp của các điện tíchnày Khi các khối kim loại không còn tích điện rời khỏi bánh đệm vùng thế đỉnh,chúng sẽ được nạp điện tích âm bởi cuộn cảm Sau đó các khối điện tích này điqua một con quay khác mà sẽ lấy đi một ít điện tích của chúng để cấp choSuppressor Khi đi đến đoạn cuối buồng gia tốc ở phía dưới, các khối kim loạiloại tích điện dương lại chịu ảnh hưởng của một Suppressor khác được tạo thếdương bởi nguồn điện bên ngoài cấp vào (+50 kV).

2.7 Vôn kế phát (GENERATING VOLTMETER)

Vôn kết phát (GVM) là một thiết bị đơn giản làm nhiệm vụ phát một tínhiệu tỉ lệ với điện thế đỉnh của buồng gia tốc Nó gồm có một môtơ 3600 RPM

có thể xoay một cánh (vane) và bốn tấm phẳng tĩnh hình quạt, các tấm này sẽcảm ứng từ thế đỉnh của buồng gia tốc (thế AC), từ đó phát ra tín hiệu, tín hiệunày đã được chỉnh lưu và khuếch đại, chuyển thành hiển thị số ở đầu ra của bộđiều khiển thế/nạp điện

3 Hệ chân không

Hệ chân không của hệ máy gia tốc HUS-5SDH-2 bao gồm các bơm turbo,bơm sơ cấp (bơm dầu) và bộ điều khiển, đo đạc chân không Các bơm turbo đikèm với bơm dầu cùng các bộ điều kiển, đo đạc được bố trí ở nguồn (RF), ởvùng chùm tia năng lượng thấp, ở vùng chùm tia năng lượng cao, buồng phântích và buồng cấy ghép

3.1 Bộ điều khiển trạm bơm turbo (các trạm bơm turbo khác ngoài bơm turbo ở buồng phân tích)

Bộ điều khiển trạm bơm turbo khóa an toàn có tác dụng bảo vệ bằng khóa

an toàn cho một hoặc hai trạm bơm turbo Các van bơm turbo, van cửa, van bơm

sơ cấp đều được khóa an toàn để vận hành một cách tự động và an toàn Trongquá trình tắt bơm turbo, các van cửa sẽ tự động đóng để bảo toàn nguyên vẹn hệthống chân không Ngoài ra, các van bơm sơ cấp sẽ được đóng Nguồn điện củabơm turbo được khóa an toàn với van bơm sơ cấp, nhưng có thể được bỏ qua(bypass) thông qua một công tắc khóa ở mặt sau của bộ điều khiển Một đènLED xanh ở mặt trước sẽ sáng khi hệ điều khiển bơm turbo được cấp nguồn Bộđiều khiển này yêu cầu sự can thiệp của người vận hành để bật lại bơm turbo saukhi gặp sự cố hư hỏng khóa an toàn hoặc sau khi bị mất nguồn điện xoay chiều.Một đầu dây nối trên mặt sau của bộ điều khiển cung cấp các thông tin trạng tháicho việc điều khiển từ xa của bộ điều khiển

Ngoài việc cung cấp khả năng bảo vệ bằng khóa bảo vệ, bộ điều khiển nàycòn cho phép điều khiển bằng tay cả van bơm sơ cấp và van cửa, bằng cách bỏqua (bypass) các khóa an toàn bằng với các công tắc ở mặt trước, khi đang trongquá trình khởi động ban đầu của bơm turbo hoặc khi không đòi hỏi bảo vệ bằngkhóa an toàn Một trạng thái LED màu đỏ sẽ chỉ rõ điều kiện bỏ qua(bypass)này Có một công tắc chọn ở mặt sau quyết định việc bộ điều khiển có tự độngtrở về chế độ khóa an toàn (interlock) sau khi các điều kiện khóa an toàn đượcthỏa mãn hay không

3.2 Bộ điều khiển chân không buồng phân tích (RBS vaccum controller)

Bộ phận điều khiển chân không RBS tự động hóa các quá trình điều khiểnvan chân không và ngăn ngừa các tai nạn về chân không có thể xảy ra do lỗi củangười vận hành và sự cố về nguồn điện Bộ phận điều khiển sử dụng rơle logic

để định vị trí đóng mở của 6 van ở trạm phân tích cuối RBS Ba thiết bị điềukhiển chân không gửi tín hiệu vào từ 6 điểm đến bộ điều khiển Tín hiệu vào này

và các vị trí của các chốt chuyển (Switch) sẽ quyết định van nào được đóng, van

nào được mở Các vị trí của van và trạng thái chân không được hiển thị rõ ràngbởi hệ thống các LED được bố trí chặt chẽ trên bảng điều khiển của hệ.

Hệ điều khiển chân không RBS có chức năng như một thiết bị khóa antoàn Nó sẽ khóa an toàn các vị trí của van và các trạng thái chân không để ngănngừa hư hại đến hệ chân không Bộ phân điều khiển giúp người vận hành khôngphải suy tính về các phương án an toàn, và người điều khiển cũng dễ dàng làmquen với việc điều khiển hệ chân không với việc điều khiển thông qua hệ thống

sơ đồ trên mặt trước của bộ phận điều khiển chân không RBS Mặc dù hầu hếtcác tính năng bảo vệ đều được bộ phận điều khiển đảm nhận, nhưng người vậnhành vẫn cần phải có những chú ý an toàn khi vận hành hệ thống chân khôngnày

4 Các bộ phận hội tụ, điều chỉnh chùm tia

Các bộ phân hội tụ điều chỉnh chùm tia trong hệ máy gia tốc HUS- 5-SDH

4.1 Phần hội tụ, điều chỉnh chùm tia năng lượng thấp

Các bộ phận thuộc phần này nằm ở trước buồng gia tốc, gồm có: Bộ phậnhội tụ và gia tốc ban đầu ở nguồn RF – Thấu kính khe kép, thấu kính Einzel, bộphận lái chùm tia trục X-Y

4.1.1 Bộ phận hội tụ ban đầu ở nguồn RF

Bộ phận hội tụ và gia tốc ban đầu ở nguồn RF - Thấu kính khe kép là mộtthiết bị có chức năng gia tốc và hội tụ ban đầu chùm ion âm sau khi đi ra khỏiExtractor Do tính năng đặc biệt này nên bộ phận hội tụ và gia tốc ban đầu củanguồn RF bao gồm hai thành phần chính:

Một thành phần tạo chênh thế (Bias) sử dụng các điện trở được bố trí so le

để tạo chênh lệch điện thế dọc theo đường đi của chùm tia, mức chênh thế là 15kV

Một thành phần hội tụ chùm tia có nguyên tắc làm việc của thấu kínhEinzel, gồm ba bản cực, một bản cực ở giữa được nối đất, hai bản cực hai bênđược nối với thế -15 kV Giữa các bản cực được cách điện bằng gốm sứ, tạo rahai khoảng(khe) cách điện – nên bộ phận này còn gọi là thấu kính khe kép(double gap lens)

4.1.2 Thấu kính Einzel

Thấu kính Einzel nằm ở phần giữa của nguồn và buồng gia tốc chính, cónhiệm vụ hội tụ sơ bộ chùm tia vừa đi ra khỏi nguồn qua nam châm phun(injector magnet) Cấu tạo của thấu kính Einzel gồm nhiều bộ bản cực điện như

đã đề cập ở phần thấu kính khe kép, tạo ra điện trường có tác dụng hội tụ chùmtia, theo sơ đồ sau:

Hình 2: Sơ đồ thấu kính Einzel

Sự thay đổi vận tốc hướng tâm của hạt khi đi qua một cặp bản cực trongthấu kính là :

[7]

Với z là trục tọa độ đi qua tâm của thấu kính, r là khoảng cách đến trụcnày Er là độ lớn điện trường theo phương hướng vào tâm phụ thuộc vào khoảngcách đến trục z là r và tọa độ theo trục z vz là vận tốc hạt , q là điện tích của hạt

4.1.3 Bộ phận lái chùm tia trục X-Y

Thực chất bộ phận này gồm hai bản tụ điện , tạo ra điện trường đều có tácdụng điều chỉnh hướng chùm ion khi đi qua nó Được bố trí để điều chỉnh chùmion theo chiều ngang (Trục X) và theo chiều dọc (Trục Y)

4.2 Phần hội tụ, điều chỉnh chùm tia năng lượng cao

Khi chùm tia đi ra khỏi buồng gia tốc có năng lượng cao, vận tốc lớn thìviệc hội tụ, điều chỉnh bằng điện trường trở nên kém hiệu quả hơn, vì vậy ở vùngchùm tia năng lượng cao, người ta sử dụng các bộ phận hội tụ, điều chỉnh chùmtia sử dụng từ trường

Phần hội tụ, điều chỉnh chùm tia năng lượng cao bao gồm các bộ phận:Nam châm tứ cực – Thấu kính ghép đôi, bộ phận lái chùm tia trục Y

4.2.1 Nam châm tứ cực – Thấu kính ghép đôi

Bộ phận này gồm hai nam châm tứ cực, tạo ra từ trường theo sơ đồ nhưtrên, khi đó chùm tia sẽ chịu lực Lorentz tác động hướng vào tâm, lực này hướngtheo phương X, vì vậy cần phải có thêm một nam châm khác hướng chùm tia hội

tụ theo phương Y, do đó bộ phận này bao gồm hai nam châm tứ cực xếp songsong nhau, đảm bảo hội tụ chùm tia từ mọi phía hướng vào tâm

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý nam châm tứ cực - ghép đôi

4.3 Nam châm phun và nam châm chuyển kênh

Nam châm phun và nam châm chuyển kênh đều có cùng một nguyên tắchoạt động, đó là lái chùm tia theo những góc nhất định bằng từ trường hướng từtrên xuống dưới Nam châm phun điều chỉnh hướng chùm tia từ một trong hainguồn RF và SNICS đi vào vùng chùm tia năng lượng thấp Nam châm chuyểnkênh điều chỉnh hướng chùm tia đi từ vùng chùm tia năng lượng cao sau buồnggia tốc ra các kênh phân tích

5 Kênh phân tích, kênh cấy ghép

5.1 Kênh phân tích

Kênh phân tích nằm ở góc [?] độ so với hướng chùm tia đi ra khỏi buồnggia tốc, đi từ nam châm chuyển kênh đến cuối buồng chiếu mẫu, có các bộ phậnsau:

• Van cửa B1

• Khe đơn, khe kép để điều chỉnh độ rộng

• Bộ giám sát mặt cắt chùm tia (Beam profile monitor)

• Lồng Faraday B1

• Van cửa cách ly buồng chiếu

• Buồng chiếu mẫu

5.1.1 Bộ giám sát mặt cắt chùm tia (Beam profile monitor)

Bộ điều chỉnh mặt cắt chùm tia Model BPM-8 là thiết bị để đo phân bốcường độ cũng như vị trí của chùm hạt tích điện Nó có thể được sử dụng với cảion âm và dương hay với các electron

Hình 4: Bộ phận Beam profile monitor

Bộ phận này là một dây kim loại được uốn cong thành một vành , vànhnày xoay quanh trục giữa với tần số khoảng 19 cps để có thể quét qua toàn bộtiết diện chùm tia ở hai phía đối diện với nhau trong mỗi vòng

Từ việc đo dòng electron thứ cấp được giải phóng từ vành khi nó quayquét qua chùm tia và chặn một phần nhỏ chùm tia, sẽ xác định được cường độchùm tia mỗi lúc Các tín hiệu thu được sau đó sẽ được hiển thị trên dao độngký

5.1.2 Buồng chiếu mẫu

Là một trong những bộ phận chính của hệ máy gia tốc HUS-5SDH-2, đápứng yêu cầu của các phép phân tích RBS, NRA, PIXE, phân kênh Ion, buồngchiếu mẫu là phức hợp của các bộ phận chân không, các detector, camera thaymẫu, giá đặt mẫu, các mô tơ điều chỉnh vị trí của mẫu

Hình 5: Sơ đồ buồng phân tích, các detector và vị trí của chúng

5.2 Kênh cấy ghép

Kênh cấy ghép nằm ở góc [?] độ so với hướng chùm tia đi ra khỏi buồnggia tốc, phần quan trọng nhất của kênh cấy ghép là phần điều chỉnh, quét chùmtia, đi từ nam châm chuyển kênh đến cuối buồng cấy ghép, có các bộ phận sau:

• Van cửa A1

• Bộ điều chỉnh mặt cắt chùm tia (Beam profile monitor)

• Khe đơn- Bộ điều chỉnh năng lượng

PHẦN II: QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ MÁY GIA TỐC 5SDH-2

HUS-1 Các quy tắc an toàn

1.1 Các bộ phận nói chung

Các nguy hiểm có thể gặp phải ở:

Trong quá trình vận hành và bảo trì bảo dưỡng cần chú ý những điểm sau:

1.2.1 Đề phòng nguy hiểm trên các thiết bị điện

- Đối với các lồng bảo vệ:

+ Đối những bộ phận của hệ thống vận hành ở điện thế nguy hiểm đượcbao bởi lồng bảo vệ, lồng này sử dụng những vật liệu bao bọc chắc chắn và hệ

đo an toàn gồm các thanh tự động nối đất khi mở lồng, khóa ở cửa lồng, cáccông tắc khóa interlock an toàn ở bàn điều khiển có thể tắt cao thế, các nútemergency stop và các móc nối đất

+ Không bao giờ vận hành các thành phần cao thế của thiết bị khi lồng bảo

vệ không được đóng Các dây nối đất phải được kết nối với tất cả các panel vàđược nối đất đúng

+ Không bao giờ tiến hành một bypass hoặc vô hiệu các thanh nối đất tựđộng, hay các công tắc interlock an toàn

+ Nhớ vị trí của các nút emergency stop để đề phòng trường hợp khẩn cấp.+ Khi cần phải mở lồng bảo vệ, luôn tiến hành theo các bước sau:

• Đầu tiên LUÔN LUÔN TẮT nguồn cấp điện cho cao thế

• Sử dụng chiều khóa để mở lồng từ bàn điều khiển, việc này tắtnguồn cung cấp cao thế một lần nữa

Trên hệ thống có nhiều lồng bảo vệ, có những công tắc khóa riêng biệtnhưng có chung chìa khóa

• Mở cửa lồng, để chìa khóa ở cửa lồng, kiểm tra lại các thanh nối đất

tự động

• Nối đất bằng tay vùng cao thế bằng thanh móc

• Khi thao tác xong, làm ngược lại như trên

- Tuân thủ quy tắc an toàn đối với các thiết bị điện tử được đề cập ở phầnsau

1.2.2 Đề phong nguy hiểm trên các thiết bị chịu áp suất

a Vận hành

- Trước khi nối các đường phục vụ với các thiết bị chịu áp suất phải bảođảm rằng tất cả các đầu nối, các ống và các bộ phận ở đúng vị trí của nó và đượcvặn chặt một cách an toàn

- Thận trọng khi kết nối các đường chịu áp suất vào - ra Chỉ dùng cácđường chịu áp suất phù hợp với mức chịu áp suất đối với chất lỏng hay chất khícủa nó

- Chắc chắn rằng các chất khí/lỏng được kết nối vào các điểm được chỉđịnh

- Khi vận hành các thiết bị ở trong điều kiện có áp suất cao, cần bảo đảmrằng tất cả các đầu nối, các đường dẫn và các bộ phận không bị rò rỉ

- Không bao giờ vận hành cách thiết bị theo những cách không có tronghướng dẫn sử dụng

b Bảo trì

- Khi các lối vào chịu áp lực được tắt đi hoặc một thiết bị được tắt đi, ápsuất còn lại vẫn được duy trì bên trong nó Tuân theo các trình tự để giảm áp suấtthích hợp trên hướng dẫn sử dụng trước khi nới lỏng bất cứ bộ chịu áp suất nào.

- Chú ý đến danh sách các thiết bị, sơ đồ, hình vẽ

1.2.3 Các bộ phận quay và các bộ phận dẫn động

Có rất nhiều các bộ phận trong buồng gia tốc hoạt động bởi các mô tơ điệnhoặc các bộ phận truyền động bằng điện hoặc khí nén Nếu không có các thiết bịbảo vệ, trong quá trình vận hành các bộ phận này có thể gây ra rủi ro như bị vỡ,méo, đứt gãy hoặc bị mòn Vì vậy các bộ phận này đều có các bộ phận bảo vệnhư các lồng, các khoang kín hoặc có thể cả các bình chịu áp lực

Một số thiết bị có thể có cạnh sắc, xem các cảnh báo trên sách hướng dẫn

để tránh tai nạn xảy ra

Một vài thiết bị có thể tạo ra độ ồn lớn, xem các cảnh báo trong sáchhướng dẫn sử dụng và các nhãn, các ký hiệu an toàn Khi độ ồn vượt quá 85 dB,cần phải có thiết bị bảo vệ tai thích hợp

Một vài hệ thống có trang bị các bục bệ di động được, tuân theo các chỉdẫn an toàn đối với các thiết bị này

a Trong vận hành

Luôn vận hành các thiết bị với các bộ phận bảo vệ được bọc chắc mộtcách an toàn Không bao giờ bypass hoặc chỉnh sửa các chức năng bảo vệ của bộphận này Đeo dụng cụ bảo vệ tai thích hợp nếu cần thiết

b Trong bảo trì

Khi cần thiết phải gỡ bỏ bộ phận bảo vệ để bảo trình, tuân theo trình tựcác bước như sau:

- Nếu có khóa, hãy mở nó và giữ nguyên chìa khóa ở vị trí đó

- Tất cả các công tắc khóa phải được đánh dấu tên người bảo trì, ngàytháng

- Ở những thiết bị không có khóa, hãy ngắt nguồn điện và/hoặc nguồn cấpkhí nén trong suốt quá trình bảo trì

- Khi quá trình bảo trì kết thúc và các bộ phận bảo vệ được lắp lại mộtcách an toàn mới đóng khóa lại và khôi phục lại nguồn điện và nguồn cấp khínén

b Trong bảo trì

Trong quá trình bảo trì đối với các thiết bị nóng, cần phải ngắt nguồn điện

và để một thời gian để thiết bị đó nguội đi, trở về nhiệt độ phòng Kiểm tra nhiệt

độ trước khi tiến hành bảo trì

1.2.5 Các bức xạ ion hóa

Một vài hệ gia tốc NEC có thể phát ra bức xạ ion hóa phụ thuộc vào điềukiện vận hành Bức xạ này chỉ xuất hiện ở khi vận hành những nguồn nănglượng cao, ở những khu vực như cao thế đỉnh, khung sườn phụ trợ Không cóđồng vị phóng xạ nào được sử dụng trên hệ máy gia tốc NEC, vì vậy phóng xạchỉ có thể phát ra khi hệ thống được cấp điện

Người điều hành hệ thống có thể điều khiển, giám sát các nguồn gây rabức xạ trên hệ máy gia tốc Cần có các detector, các bộ đo bức xạ cần thiết

1.2 Đối với các nguồn ion

- Cả hai nguồn ion đầu có bể chứa kim loại kiềm(Rb,Cs) có độ phản ứngcao được nung nóng bằng điện

- Cần phải cẩn thận khi vận hành để tránh tiếp xúc với các bề mặt nóngcủa thiết bị để tránh bị bỏng

- Các kim loại kiềm phản ứng rất mạnh với nước nên trong quá trình bảotrì phải tuân theo chỉ dẫn một cách chính xác để tránh bị bỏng do tiếp xúc với cáckim loại kiềm này Nếu để một lượng lớn kim loại kiềm này vào trong nước cóthể gây nổ

- Trong quá trình vận hành, cần chú ý đến những điểm sau:

+ Dưới những điều kiện vận hành bình thường, các kim loại kiềm đượcchứa toàn bộ trong buồng kín được hút chân không

+ Không bao giờ vận hành khối thiết bị này theo cách mà không được chỉdẫn trong tài liệu hướng dẫn

+ Luôn tuân thủ các giá trị của bộ gia nhiệt và các nhiệt độ được chỉ dẫntrong tài liệu

+ Không được chạm vào các bề mặt nóng khi mà bộ gia nhiệt chưa đượctắt và chưa đợi đủ thời gian để khối thiết bị nguội đi

+ Luôn duy trì khối thiết bị này ở trong môi trường chân không khi khôngtiến hành bảo trì bảo dưỡng Sự cố trong việc duy trì chân không có thể dẫn đếncác kim loại kiềm tiếp xúc với không khí, nhất là với không khí ấm có thể dẫnđến cháy nổ tức thì

- Trong quá trình bảo trì , cần chú ý đến các điểm sau:

+ Việc mở khoang kín chân không sẽ làm cho các kim loại kiềm hoạt độngmạnh tác dụng với hơi nước bên ngoài không khí dẫn đến cháy tức thì Nhữnglỗi khi thao tác có thể dẫn đến cháy nổ

+ Nếu kim loại kiềm tiếp xúc với da hoặc quần áo, rửa sạch chỗ tiếp xúcthật nhiều nước Nếu kim loại kiềm tiếp xúc với mắt, mũi hoặc miệng, cần rửasạch bằng nước và đưa ngay đến cơ sở y tế.

+ Không bao giờ được gỡ bỏ các nhãn cảnh báo trên thiết bị Thay thế cácnhãn bị mất hoặc bị hỏng ngay (liên hệ hãng)

+ Đợi một thời gian đủ để thiết bị được làm nguội hoàn toàn sau khi vậnhành

+ Khi mở khoang kín chân không chỉ được để phần chứa chân không mởthông với khí Argon KHÔNG được sử dụng khí Nitow hoặc các loại khí khác

+ Duy trì khí trơ chảy trong thiết bị trong khi khoang kín chân không được

+ Làm sạch nguồn ion và các thấu kính: Nguồn ion và các thấu kính có thể

có một lượng nhỏ kim loại kiềm ở bề mặt bên trong Việc lau rửa bằng nước cóthể dẫn đến các phải ứng nhỏ kèm theo những tiếng động nhỏ (những tiếng xìxèo, lốp bốp nhỏ), tuy nhiên với lượng nhỏ như vậy thì sẽ không gây ra nổ Cầnduy trì thông khí trong suốt quá trình làm sạch và đầu tiên CHỈ súc, rửa các bềmặt bên trong bằng nướng, sau đó mới dùng một dung dịch như cồn KHÔNGđược sử dụng các dung dịch trước

+ Lắp lại lò nung: Chắc chắn rằng có khí trơ đang chảy trong nguồn ion,CHỈ mở nắp lò nung dưới điều kiện có dòng khí trơ đi qua Vặn chặt an toàn lònung với nguồn bằng cái miếng đệm mới

+ Luôn sử dụng sách hướng dẫn của hãng, các sơ đồ, danh sách các thiết

bị và chi tiết về thiết bị đó

- Đối với nguồn RF, cần chú ý các điểm sau đây trong các tình huốngnguy hiểm có thể xảy ra do vận hành, bảo trì và hỏng hóc các thiết bị

+ Nguồn RF sử dụng nguồn cấp điện có điện thế cao và có bộ phận tạodao động năng lượng, tần số cao Luôn luôn tắt tất cả các nguồn điện cấp trongsuốt quá trình bảo trì hoặc điều chỉnh Nói chung các nguồn điện cấp này baogồm nguồn điện cấp cho Probe(đầu dò), cho Bias, Extractor, bộ phận hội tụ, bộtạo dao động, nam châm, lò nung Sử dụng móc nối đất các thiết bị trong suốtquá trình bảo trì hoặc lúc lồng kim loại an toàn bao ngoài nguồn được mở ra.

+ Kim loại Rubidium được sử dụng trong bộ trao đổi điện tích có thể phảnứng với nước hoặc hơi ẩm từ không khí, phản ứng này có thể làm bắn các giọtnhỏ rubidium ra ngoài có thể gây bỏng da Vì vậy các thao tác trên các bộ phậnchứa khí rubidium cần phải được tiến hành trong túi kín(hoặc hộp kín) có găngtay được bơm đầy khí argon

+ Các thành phần của nguồn ion như lò nung, các thanh trao đổi điện tích,nam châm, ống thạch anh, bộ phận tạo dao động sẽ rất nóng trong quá trình vậnhành bình thường, nên phải đợi một thời gian để làm lạnh các bộ phận đó trướckhi tiến hành bảo trì

+ Dưới các điều kiện cụ thể, lỗ thoát nhỏ (exit canal) của nguồn ion có thể

bị bịt bởi chất rubidium, khi đó các khí thoát ra từ van định lượng có thể gây nên

sự tăng áp suất trong bình phóng điện thạch anh Sự tăng áp suất này dẫn đếnplasma ở đó trở nên quá nhiệt khi nguồn được vận hành, làm chảy thạch anh ởnơi quá nhiệt Để ngăn chặn điều này xảy ra một van giảm áp suất phải được càiđặt ở phần đường dẫn đến nguồn khí.Cũng như vậy khi mở van định lượng, luônluôn quan sát xem có sự gia tăng áp suất được đo bởi áp kế ion trên đường dẫnchùm tia để chắc chắn rằng khí được thông suốt trong nguồn

+ Hộp bảo vệ nguồn chứa trong đó bộ phận tạo dao động 100 MHZ có thểphát bức xạ RF đủ để gây hỏng các bộ phận điện khác Vì vậy hộp bảo vệ nguồnbao quanh nó phải được gắn vào đúng chỗ khi bộ phận tạo dao động được cấpđiện

1.3 Đối với các thiết bị điện tử

- Trước khi kết nối với nguồn đầu vào AC, chắc chắn rằng tất cả các vỏbọc bảo vệ đã ở vị trí của chúng và được bọc chắc một cách an toàn Bảo đảm

rằng các bộ phận nối đất an toàn với bệ máy đã được cài đặt và có đủ lượng chấtlàm lạnh cung cấp cho thiết bị.

- Cần có các đầu nối đất thích hợp từ nguồn AC đầu vào để giảm thiểunguy cơ sock điện và để tuân theo các tiêu chuẩn an toàn cơ bản

- Cẩn thận khi kết nối nguồn AC vào bộ phận điện tử, chỉ cấp thế đầu vàođược chỉ định trên nhãn định mức (rating label) thế đầu vào (Ví dụ các bộ phậnđiện tử thường được chỉ định thế đầu vào 110 V hay 220 V)

- Cẩn thận khi kết nối các cáp điện thế cao Không bao giờ được cầm vàocác dây cáp cao thế khi nó đang có điện

- Sau khi thiết bị được ngắt nguồn, có thể vẫn còn điện áp nguy hiểm ở cácđầu ra Cần phải đợi đủ thời gian cho quá trình tự phóng điện trước khi có thểcầm vào mọi bộ phận kết nối với đầu ra Cần tính toán cẩn thận khoảng thời gianyêu cầu này, ngoài ra sử dụng các công cụ nối đất nếu có thể

- Đối với các thiết bị có cầu chì bảo vệ mà có thể bảo trì được, phảithường xuyên thay các cầu chì đó bằng các cầu chì có cùng kiểu và cùng mứcđiện thế/dòng

- Không bao giờ vận hành thiết bị theo các cách không được chỉ dẫn trongtài liệu

- Không bao giờ gỡ bỏ các nhãn cảnh báo trên các thiết bị Thay thế ngaycác nhãn đó nếu chúng bị mất hoặc hỏng (liên hệ với hãng NEC)

2 Hệ điều khiển AccelNET

Người vận hành tương tác với hệ điều khiển máy gia tốc bằng cách sửdụng các trạm làm việc (workstation) Một trạm làm việc gồm có một máy tính,bàn phím, chuột, và có thể có một hệ thống đồng hồ đo/núm vặn gán giá trịđược Trạm làm việc này cũng có thể được kết nối với CAMAC (ComputerAutomated Measurement and Control - Hệ thống đo lường là điều khiển tựđộng) hoặc các kiểu thu thập dữ liệu khác Bất kỳ trạm làm việc nào cũng có thểtruy cập mọi thông số trong hệ thống và thay đổi thông số đó nếu nó được phânquyền ghi dữ liệu

2.1 Các thông số kỹ thuật trong cơ sở dữ liệu của hệ điều khiển

Hệ điều khiển được cấu thành từ các biểu tượng thiết bị Ví dụ như cáclồng Faraday, nguồn điện áp nạp (Charging voltage suplies), các nam châm uốn,

FOC Nguồn điện tập trung (Focus Power Supply)

TPS Ổn áp đầu cuối (Terminal Potential Stabilizer)

Trường thứ 2 mô tả miền trên đường đi của chùm tia

Ví dụ:

S1 Nguồn ion đầu tiên

01 Chùm tia được tăng tốc sơ bộ (Preacceleration)

TN Vùng cửa vào của buồng gia tốc (thường đề cập đến các phần ởtrong buồng)

TX Vùng cửa ra của buồng gia tốc(thường đề cập đến các phần ở trongbuồng)

L4 Chùm tia mục tiêu

Trường thứ 3 là số thứ tự Mô tả trình tự xuất hiện của thiết bị dọc theođường đi của chùm tia

Một nhãn hoàn chỉnh sẽ là như sau:

FC 01-1 Lồng Faraday đầu tiên trên chùm tia được gia tốc sơbộ

FC 01-2 Lồng Faraday thứ hai trên chùm tia được gia tốc sơ bộ.

BM 01-1 Nam châm đầu tiên trên vùng

EQ TX-1 Tứ cực tĩnh điện làm nhiệm vụ gia tốc (Post accelerationelectrostatic quad) (Bên trong buồng ở lối ra cuối cùng)

Cũng có ngoại lệ trong qui ước đặt tên này, ví dụ nhãn "SETUP" có cácthông số của nó về tất cả các thông tin về hạt liên quan như tổng năng lượng củamáy, họ máy, trạng thái tích điện, v.v

Một thiết bị được tạo thành từ một bộ các thông số Các thông số đều cógiá trị điều khiển và giá trị đọc lại(readback) Các thông số này được định danhbởi tên hiệu (tag name) Một tên hiệu là sự kết hợp giữa nhãn thiết bị và tên thamchiếu (RefName)

Ví dụ về các tên tham chiếu (điển hình của lồng Faraday) là:

PwrSC Điều khiển trạng thái năng lượng (Power Status Control) PwrSR Đọc ra trạng thái năng lượng

PosSC Điều khiển trạng thái định vị (Position Status Control)

PosSR Đọc ra trạng thái định vị

CR Đọc ra dòng trong lồng (Cup Current Read)

Một tag hoàn chỉnh cho các thông số liên quan tới lồng Faraday tiền giatốc đầu tiên là:

FC 01-1 PwrSC Điều khiển trạng thái năng lượng

FC 01-1 PwrSR Đọc ra trạng thái năng lượng

FC 01-1 PosSC Điều khiển trạng thái định vị

FC 01-1 PosSR Đọc ra trạng thái định vị

FC 01-1 CR Đọc ra dòng trong lồng

2.2 Khởi động/ đóng các ứng dụng AccelNET

Các ứng dụng AccelNET phải được khởi động bằng tài khoản người dùng'csadmin' Các chỉ dẫn sau đây giả định người vận hành đã đăng nhập bằngquyền 'csadmin' rồi Tất cả các kích chuột sẽ là kích chuột đơn nếu không có chú

ý nào khác

Lưu ý

Tránh việc khởi động các chương trình nhiều lần

Các quy trình kiểm tra giúp ngăn chặn điều này, nhưng không được lạmdụng nó Nếu không chắc các ứng dụng có đang chạy hay không thì phải thôngqua một thủ tục đóng chương trình trước khi khởi động nó

2.2.1.Khởi động các ứng dụng (Bằng menu)

1) Khởi chạy hệ thống menu AccelNET nếu nó chưa được mở bằng cáchkích đúp vào biểu tượng "AccelNET" trên màn hình desktop

2) Kích vào mục có tên "AccelNET"

3) Kích vào mục con trong đó có tên "Start Services"

4) Một cửa sổ sẽ xuất hiện hỏi người vận hành có muốn xóa cơ sở dữ liệuhiện hành hay không Lựa chọn 'Yes' hoặc 'No'

Nếu mọi thứ đã hoạt động, một cửa sổ sẽ xuất hiện và báo các ứng dụng

đã được khởi động Trái lại, một cửa sổ sẽ xuất kiện với một thông báo lỗi nếu

có lỗi xảy ra

2.2.2 Đóng các ứng dụng ( Bằng Menu)

1) Khởi chạy hệ thống menu AccelNET nếu nó chưa được mở bằng cáchkích đúp vào biểu tượng "AccelNET" trên màn hình Desktop

2) Kích vào biểu tượng trên menu có tên "AccelNET"

3) Kích vào mục con "Stop Services"

4) Một cửa sổ sẽ xuất hiện hỏi bạn có thực sự muốn đóng các ứng dụngkhông.

Nếu mọi thứ hoạt động, một cửa sổ sẽ xuất hiện và báo rằng các ứng dụng

đã được đóng Trái lại, một cửa sổ sẽ xuất hiện với một thông báo nếu cós lỗixảy ra

2.3 Sử dụng các công cụ của AccelNET

Các công cụ được liệt kê dưới đây có thể được khởi động từ menu củaAccelNET

Xcrt Chương trình hiển thị trang Xem phần "Giới thiệu về Xcrt"

để biết thêm chi tiết

Xerrlog Một chương trình ghi nhận lỗi cho phép hiển thị các thôngđiệp được gửi từ các phần khác của AccelNET như trình quản lý interlock.AccelNET có thể được cấu hình (thông qua cơ sở dữ liệu) để cung cấp các thôngbáo lỗi cho nhiều kiểu sự kiện

Print Params In ra danh sách các thông số kỹ thuật Kích vào mụcmenu để gọi một mục con chứa các lựa chọn in ra Menu con là một cặp gồmnhãn nguồn ion và kênh ra Ví dụ, Kích vào mục có tên "log S1 >05" sẽ in ra tất

cả các thông số từ nguồn 1 tới kênh ra 01

2.4 Giới thiệu về Xcrt

Giao diện đồ họa người dùng của AccelNET được tạo thành từ hai chươngtrình: crt và ts Người vận hành tương tác với crt trong khi ts đang chạy trên nềncác sự kiện được xử lý Hai chương trình đó chung gọi là Xcrt

2.4.1 Khởi chạy Xcrt (Bằng Menu)

1) Khởi chạy menu AccelNET nếu nó chưa được mở bằng cách kích đúpvào biểu tượng "AccelNET" trên màn hình Desktop

2) Kích vào biểu tượng trên menu có tên "AccelNET"

3) Kích vào mục con "Control Pages".

4) Kích vào mục con trong đó chứa trang mà bạn muốn hiển thị

5) Một cửa sổ sẽ xuất hiện hiển thị trang mà bạn đã chọn

2.4.2 Tổ chức của cửa sổ hiển thị Xcrt

Cửa sổ hiển thị Xcrt được chia thành ba cửa sổ con Các cửa sổ con nàyđược gọi là : Cửa sổ chuột, cửa sổ bàn phím và cửa sổ trang

a Cửa sổ chuột

Cửa sổ chuột bao gồm hai dòng hiển thị Được sử dụng để hiện các thông

số đối chiếu và các thông số điều khiển Nói chung, dòng trên là đối chiếu, dòngdưới là điều khiển

Các thông số được chọn xuất hiện theo cặp (đối chiếu và điều khiển)

Ví dụ, khi bộ điều khiển điện áp bộ nguồn điện nạp được chọn, điểm đốichiếu được chọn là đối chiếu điện áp dương bộ nguồn

Sự kết hợp giữa các điểm điều khiển và các điểm đối chiếu quyết định khinào mà một trang được dựng nên và có thể có sự khác nhau giữa các trang

Một thông số được chọn bằng cách đưa con trỏ đến giá trị số hoặc biểutượng của tham số mong muốn và nhấn vào nút đó bằng chuột

Có thể có nhiều hơn một bộ thông số trên một trường Một trường kiểuchữ số có thể có hai hai bộ thông số Một vùng kiểu biểu tượng (icon) có thể cótới 4 bộ thông số Kích vào các thông số được lựa chọn nhiều lần sẽ thấy đượccác bộ này

Lưu ý rằng một vài bộ thông số chỉ chứa giá trị đối chiếu, một vài chỉ làgiá trị điều khiển, một vài chứa cả hai giá trị, và một số có thể có nhiều trườngđược đặt thông số tương tự

b Cửa sổ bàn phím

Cửa sổ bàn phím bao gồm hai dòng hiển thị Dòng trên sử dụng để đánhcác lệnh Dòng dưới để hiển thị thông báo lỗi Thông báo lỗi thường có màu đỏ.

Ấn enter (<cr>) để xóa thông báo lỗi

c Cửa sổ trang

Cửa sổ trang hiển thị trang đang được chọn

Sự hiển thị này được tổ chức thành một bộ các trang Các trang được tổchức theo vùng trên máy (machine region) Một trang riêng lẻ dành cho mỗi thiết

bị injector, một trang cho chùm tia năng lượng thấp Các trang được bố trí đểtạo ra đan xen giữa các vùng máy (Các thông số giống nhau có thể xuất hiệntrên một số trang) Ví dụ, các trang dành cho injector có một vài thành phần củachùm tia năng lượng thấp trong chúng Điều này làm giảm số lần phải chuyểntrang khi điều chỉnh chùm tia

Thông tin trong trang được cung cấp theo hai kiểu:

Kiểu chữ số: Tên thông số, giá trị và các đơn vị

Biểu tượng (Icon): Hình ảnh của thiết bị như lồng Faraday, có màu sắctượng trưng cho trạng thái

Hiện thị màu

Các trang chữ số

Màu xanh lá cây Giá trị nằm trong giới hạn cho phép trong cơ sở dữ liệuMàu đỏ Giá trị nằm ngoài giới hạn cho phép trong cơ sở dữ liệuMàu tím Chỉ một lỗi trạng thái, thường là lỗi CAMAC như thiếumột thành phần (module)

Các biểu tượng

Xanh thẫm Thiết bị không hoạt dộng (Tắt)

Xanh lá cây Thiết bị đang hoạt động (Bật)

Vàng Có nhiều ý nghĩa khác nhau phụ thuộc theo biểu tượng

Lồng Faraday Lồng chặn đường đi của chùm tia

Khe đôi Khe đang chuyển động.

Máy thăm dò TPS Corona Đầu dò đang chuyểnđộng

GVM và các biểu tượng trong buồng gia tốc Chỉ chế

độ vận hành TPS (Transient Protection System - Hệ thống bảo vệ tạm thời), biểutượng GVM màu vàng có nghĩa là chế độ GVM

Màu đỏ Chỉ một lỗi điều kiện, ví dụ: hệ thống điều khiển đã ralệnh cho lồng Faraday ra ngoài và bộ phận đọc trạng thái của lồng cho biết nó lại

ở bên trong

2.4.3 Sử dụng chuột trong Xcrt

Chuột có thể được định vị tại 3 chế độ hoạt động: inc/dec(tăng/giảm) , chế

độ băng cuộn (rollerball) và chế độ x/y

Giữa Giảm giá trị tham số được lựa chọn

Phải Tăng giá trị tham số được lựa chọn

b Chế độ băng cuộn

Một thông số được gán cho trục X của chuột (dịch ngang) Có một nútđược sử dụng để gán các thông số Chuột được "arm" bằng các nhấn vào nútkhác Khi được "arm", sự cuộn của trục X sẽ thay đổi giá trị của tham số:

Trái "arm" thông số được lựa chọn Tăng hoặc giảm giá trị thông sốđược lựa chọn bằng cách di chuyển chuột dọc theo trục X.

sự cuộn chuột sẽ thay đổi các giá trị của tham số:

Trái "arm" thông số được lựa chọn: Tăng hoặc giảm các giá trị tham sốbằng cách di chuột dọc theo 2 trục X(ngang) và Y(dọc)

Trạng thái gán hiện hành của đồng hồ đo được hiện lên trên màn hình ởphía dưới của đồng hồ đo Dòng đầu tiên hiện Nhãn (Label) và tên tham chiếu(RefName) của thông số được gán Dòng thứ hai hiện giá trị của thông số và cácđơn vị Dòng thứ 3 hiện khoảng đo hiện hành của thông số được chọn

Hệ đồng hồ đo chỉ có thể truy nhập được thông qua trạm làm việc đượckết nối với nó Thông số đối chiếu trên ở vùng cửa sổ quan tâm được gán vàomột đồng hồ đo khi nút assign được ấn Nếu thông số đối chiếu của là NULL,đồng hồ đo sẽ không được assign

Có 2 nút điều chỉnh khoảng đo của đồng hồ đo Bấm vào một nút trong đó

để tăng hoặc giảm khoảng đo của đồng hồ

Nếu cả hai nút chỉnh khoảng đo được bấm cùng một lúc, đồng hồ đo sẽ đivào chế độ đóng băng Chế độ đóng băng được báo hiệu bằng thông điệp "frz"trên dòng thứ 3 của LCD Chế độ này được sử dụng để tự động điều chỉnhkhoảng đo Bấm vào một nút để tăng hoặc giảm khoảng đo của đồng hồ đo Bấm

cả hai nút cùng lúc để vào chế độ đóng băng hoặc để thoát khỏi chế độ này

Nếu giá trị đo vượt quá khoảng đo của đồng hồ(overrange) LCD sẽ hiểnthị dòng chữ "overrange"

Nếu màn hình LCD không hiển thị gì tức là không có thông số nào đượcassign cả

Có những loại thiết bị nhất định không thể được assign vào đồng hồ đo.Chúng thường chứa các thông số dạng tín hiệu số (không liên tục) của trạngthái/điểu khiển Ví dụ: thông số đọc vị trí của Lồng Faraday

2.6 Các núm vặn gán được

Có một vài núm vặn gán (assign) được trong hệ điều khiển Mỗi modulecủa núm vặn này bao gồm một núm vặn, một LCD, hai nút điều chỉnh độnhạy(up, down), một nút lưu lại (save), một nút khôi phục (restore), và một nútassign

Sự thay đổi các thông số được assign hiện trên màn hình LCD Dòng hiểnthị đầu tiên hiện Nhãn (Label) và tên tham chiếu (RehName) của tham số đượcgán Dòng thứ hai hiện giá trị của tham số và đơn vị đo Dòng thức ba hiện càiđặt độ nhạy của núm vặn hiện hành

Hệ đồng hồ đo chỉ có thể truy nhập được thông qua trạm làm việc đượckết nối với nó Thông số đối chiếu trên ở vùng cửa sổ quan tâm được gán vàomột đồng hồ đo khi nút assign được ấn Nếu thông số đối chiếu của là NULL,đồng hồ đo sẽ không được assign

Độ nhạy của núm vặn bằng số vòng xoay núm vặn để đạt giá trị lớn nhất(turns to full scale - tfs) Ví dụ, nếu bạn đang điều khiển một nguồn điện 15KV

và độ nhạy được đặt bằng 50 tfs (tức là xoay 50 vòng nguồn sẽ đạt 15KV) , mỗimột vòng xoay trọn vẹn của núm vặn sẽ tăng hoặc giảm một điện thế bằng 300V(tức là 15KV/50tfs=300V) Nhấn vào nút up hoặc down để tăng hoặc giảm độnhạy của núm vặn.

Các nút lưu lại và khôi phục làm việc theo những cách hoàn toàn giốngvới khi nhập từ bàn phím các lệnh "sv"và "rs" Nhấn vào nút lưu lại (save) sẽlưu trữ giá trị của thông số Nhấn vào nút khôi phục (restore) sẽ gọi lại tất cả cácgiá trị đã lưu từ phiên trước

2.7 Quá trình khởi động hệ máy gia tốc

Các lệnh của máy gia tốc được sắp xếp một cách có trật tự và thuận tiệnnhất cho việc khởi động toàn hệ máy Với mục đích là khởi động hệ máy theotừng bước hay từng lớp

Thứ tự tốt nhất để đưa ra các lệnh, lấy S2 (nguồn ion 2) và 1B (chùm tia 1)

3) Chọn " Machine->Source 2->On" từ menu AccelNET Lệnh này sẽ bật

bộ làm mát nguồn ion (ion source cooling), nguồn deck, và nguồn cấp cho bias(bias supply)

4) Chọn "Machine->Source 2->Warm" từ menu của AccelNET Câu lệnhnày sẽ đặt sẵn một vài thông số các giá trị bất kỳ

5) Nếu có một thiết lập nguồn ion trước đó được lưu lại, kích vào một cửa

sổ terminal, chuyển tới thư mục thích hợp và đánh lệnh "send S2sav", lênh này

sẽ đặt sẵn các thành phần ở vùng gia tốc sơ bộ và nguồn ion các giá trị đã đượclưu lại ở phiên trước

Nếu có một thiết lập nguồn trên menu mà bạn muốn sử dụng nó, có thể lựachọn nó từ menu.

6) Chọn "Machine->Accelerator->Warm" từ menu AccelNET Lệnh này

sẽ bật hệ rotating shaft, blower và đặt sẵn một số giá trị vận hành cho bộ nạpđiện và TPS mà sẽ không làm phóng điện(spark) khi các xích tải điện được khởiđộng

7) Nếu có một thiết lập cho hệ máy được được lưu lại ở phiên trước, kíchvào cửa sổ lệnh, chuyển tới thư mục thích hợp và đánh lệnh: "send MACHsav",lệnh này sẽ đặt cho hệ thống nạp điện và TPS các giá trị đã được lưu ở phiêntrước

8) Nếu có một thiết lập cho kênh ra ở phiên trước, kích vào cửa số lệnh,chuyển đến thư mục thích hợp và đánh lệnh: "send ??sav" ( chỗ "??" là tên củachùm tia thích hợp), lệnh này sẽ đặt cho các thành phần gia tốc cuối các giá trị đãđược lưu lại từ phiên trước

9) Mở van bộ khí tước(stripper gas) một cách TỪ TỪ tới khi áp suất mongmuốn đạt được các máy đo chân không ở đầu vào và đầu ra ống gia tốc Nhớrằng sự có mặt của chùm tia làm thay đổi độ chân không

10) Kiểm tra thiết lập điện thế nạp và giảm nó xuống nếu thấy cần thiết.11) Sau khi đầu dò corona hoàn thành việc di chuyển vào vị trí, chọn

"Machine->Accelerator->Run" trên menu AccelNET Khởi động dây chuyềnnạp

12) Mở lồng các Faraday, tăng thế nạp để cho chùm tia được đi qua trêntoàn bộ đường dẫn

Các nguồn thường cần có một khoảng thời gian để làm làm nóng, vì thế cóthể người vận hành sẽ cần phải khởi động nó với một thế nạp thấp hơn so vớithiết lập cuối cùng từ lần chạy trước và tăng dần điện thế trong quá trình làmnóng

Nếu hệ thống nạp được cân bằng đúng, chùm tia sẽ đi qua trên đường đếnmục tiêu mà ít phải điều hướng lại nhất Các thông số cần phải được điều chỉnh

là các thông số của nguồn ion và khí tước (stripping gas) Với một sự thực hành

nhỏ, dễ dàng để điều hướng chùm tia tới mục tiêu ở cùng một năng lượng với lầnchạy trước đó và với cùng một cường độ tia.

Cần tránh bắt đầu ngay việc điều hướng chùm tia trong hệ máy, thay vào

đó phải tìm kiếm và cẩn thận trong việc điều chỉnh các thành phần mà việc điềukhiển chúng bằng máy tính là khó nhất như khí tước, bộ nạp và bộ phận hội tụchùm tia

Nếu dữ liệu được lưu lại trong phiên vận hành trước không được tảixuống, các thông tin thiết lập họ ion (ion species) phải được điền vào trongtrang thiết lập của buồng gia tốc

3 Vận hành nguồn SNICS-II

3.1 Thao tác chung

Hệ chân không của nguồn cần phải tốt hơn 1×10-6 torr (1×10-5 Pa) trướckhi nguồn được khởi động Khi đạt đến chân không như trên thì mới lắp cathodemong muốn

3.1.1 Thao tác đổi cathode

1) Nối đất nguồn ion bằng cách sử dụng một đoạn dây nối đất ngoài

2) Nếu hệ thống có van cửa (gate valve) giữa nguồn và phần năng lượng thấp củachùm tia, hãy đóng nó để đề phòng

3) Tháo chốt ra khỏi giá kẹp cathode

4) Kéo giá đỡ cathode ra khoảng 7-3/4 “ hoặc đến khi điểm đánh dấu hình trònkhắc trên giá đỡ cathode xuất hiện bên ngoài mối nối Ultra-Torr trên đoạn chữ T

Sự kiện này trùng khớp với lúc mà thanh cản (Item #27) gắn trên giá đỡ cathodechạm vào gờ đệm ở Item #28 Đóng van cửa của cathode Cần phải thật cẩn thậnkhi kéo giá đỡ cathode ra, nếu ta kéo ra quá xa, nguồn sẽ bị tiếp xúc với khôngkhí bên ngoài (the source will be let up to atmosphere)

5) Khi van cửa của cathode đóng lại, mở van trên đoạn chữ T.

6) Nới lỏng mối nối Ultra-Torr để cho đai ốc(nut), vòng sắt đệm (ferrule) và đaichữ O (O-ring) ra ngoài khi kéo cathode ra

7) Vặn cathode ra, thay thế bằng loại cathode mong muốn và vặn chặt lại bằng 2 cáikìm Giữ hệ thống làm lạnh vì giá đỡ cathode có thể đang nóng

8) Đẩy cathode lại vào đoạn chữ T và nhẹ nhàng vặn đai ốc ở mối nối Ultra-Torrlại

9) Hút chân không ở đoạn chữ T tới 50-20 microns

10) Đóng van trên đoạn chữ T

11) Mở van cửa cathode

12) Từ từ đẩy giá đỡ cathode lại vị trí cũ sau đó vặn chặt lại mối nối

Ultra-Torr (Chỉ được vặn bằng tay)

13) Tháo dây nối đất ra

14) Mở lại van cửa ngăn giữa nguồn và phần chùm tia năng lượng thấp

Khi cathode đã ở đúng vị trí của nó và hệ chân không được khôi phục,nguồn SNICS sẽ sẵn sàng để khởi động (thường mất khoảng 5 phút) Nếu hệchân không không được khôi phục lại thì đã có sự cố rò xảy ra

c) Dòng của bộ gia nhiệt đặt ở 25 Amp

d) Bật thế cathode đến 6kV Có thể sẽ không có dòng trên cathode ở thời điểm này.Tămg thế lò nung cesium lên 40-45V hoặc cho tới khi cặp nhiệt điện chỉ 150 độ

C Để đạt được điều này cần đến 30 phút hoặc hơn Khi lò nung đạt đủ độ nóng,cesium sẽ đi vào vùng ion hóa và dòng cathode sẽ tăng lên

e) Khi nhiệt độ lò nung đọc được ở mức 100oC, có thể thấy được một ít của chùmtia ra (Cathode có thể cần được conditioning để theo dõi độ ổn định của nó).f) Các giá trị vận hành bình thường của lò nung nằm trong dải từ 150-180oC Nếu

lò được nung nóng đến nhiệt độ quá cao sẽ dẫn đến các bộ cách ly (insulator) bị dính chất cesium làm cho chúng bị ngắn mạch (đoản mạch).

Vì vậy để vận hành hệ thống cấp điện cho lò nung cần phải cẩn thận và kiên nhẫn 180oC thường là nhiệt độ giới hạn cao nhất Nếu sự ngắn mạch xảy ra,cần phải làm sạch chúng

g) Trong suốt quá trình chuyển cescium từ bình chứa nó tới nguồn, cescium có thể

bị một lớp oxi hóa mỏng (là bình thường) Nếu sự tạo lớp ôxi hóa này xảy ra,điều đầu tiên cần phải tăng thế lò nung lên 75-85V Nhiệt độ bình chứa cesciumnên để ở nhiệt độ cao bằng 215-220 oC Trong suốt quá trình này KHÔNGĐƯỢC quên việc giám sát đến nguồn SNICS Dòng cathode sẽ tăng đến 2-4mAkhi bạn phát vỡ (broken through) được lớp ôxi hóa Vặn dòng của bộ gia nhiệt

về 0 Điều này sẽ ngăn cản dòng cesium đi vào nguồn Đặt thế lò nung đến giá trịbình thường của nó ở 40V Tăng dòng bộ gia nhiệt từ từ lên từng 1-2 Amp mộttới khi nó trở về giá trị bình thường ở 25-26 Amp

3.2 Các thông số vận hành đặc trưng

Dưới đây là các thông số đặc trưng điển hình của nguồn SNICS:

1 Linh kiện buồng Ion hóa 2JA008040 8 V, 22-25 Amp

2 Thế cathode sẽ được tăng cường bao nhiêu còn tùy thuộc vào vật liệu, nằm trongkhoảng từ 6-8 kV Dòng cathode danh nghĩa là 1-3 mA

3 Nhiệt độ lò nung danh nghĩa ở 150oC-180oC

4 Việc làm lạnh cathode là cần thiết

Để tối ưu hóa được mọi loại Ion, ta có thể để nhỏ từ đầu, từ từ điều chỉnhdòng của buồng ion và nhiệt độ lò nung, trong khoảng của các thông số trên.

3.3 Các chùm tạp chất

Bước đầu, nguồn mới(rebuilt source) hoặc cathode mới sẽ có thể tạo ramột chùm Ion Oxy lớn do sự thoát khí (outgassing) Ta cũng có thể thấy một vàiMicroamp Hidrogen (H-) Mất một khoảng thời gian (40-60 phút), chùm tia Oxyliên quan sẽ giảm xuống còn khoảng vài microamp hoặc nhỏ hơn, và chùm tia H-

(Chủ yếu là từ hơi nước trong nguồn) sẽ giảm xuống dưới 1 µA Khi dòng O- và

H- giảm xuống, cường độ chùm tia yêu cầu sẽ tăng lên

3.4 Quá trình thay cathode

Cathode có thể được thay thế một cách nhanh chóng Để thay thế cathode,hãy tắt tất cả các cao thế và các máy biến thế cách ly đầu vào Nối đất nguồnbằng thanh ngắn mạch (thanh nối đất – shorting rod), sau đó làm theo các bướcthay cathode Để khởi động lại, hãy bật lại biến thế cách ly Nếu muốn, cácnguồn cấp điện độc lập có thể được tắt đi và khởi động lại một cách độc lập

3.5 Khởi động nguồn

Có một vài chế độ khởi động khác nhau:

- Khởi động sau khi thay cathode

- Khởi động sau khi lắp lại nguồn (rebuild)

- Khởi động sau khi thay buồng Ion hóa

3.5.1 Khởi động sau khi thay cathode

Khi đã có chân không cao (10-7 Torr hoặc tốt hơn) nguồn sẽ sẵn sàng đểđược khởi động Các thao tác sau đây thường được tiến hành với kiểu khởi độngnày: