3.1. Thao tác chung
Hệ chân không của nguồn cần phải tốt hơn 1×10-6 torr (1×10-5 Pa) trước khi nguồn được khởi động. Khi đạt đến chân không như trên thì mới lắp cathode mong 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 của chùm 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 tròn khắc 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 cathode chạm vào gờ đệm ở Item #28. Đóng van cửa của cathode. Cần phải thật cẩn thận khi kéo giá đỡ cathode ra, nếu ta kéo ra quá xa, nguồn sẽ bị tiếp xúc với không khí 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 đai chữ 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 cái kìm. 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-Torr lại.
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 hệ chân không không được khôi phục lại thì đã có sự cố rò xảy ra.
3.1.2. Thao tác khởi động
a) Kiểm tra lại việc hệ thống làm lạnh cho cathode đang bật. Tốt nhất là biến áp cách ly được khóa nội (Interlocking).
b) Bật buồng ion hóa lên ở mức 15 A và cho phép thải khí ra ngoài. Áp suất sẽ tăng lên, nhưng sau vài phút chân không sẽ được cải thiện trở lại. Tăng dòng buồng ion hóa lên 5 Amp một đến khi đạt đến 22-25 Amp và buồng ion khóa được thoát khí hết.
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 chùm tia 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 cescium nên để ở nhiệt độ cao bằng 215-220 oC. Trong suốt quá trình này KHÔNG ĐƯỢC quên việc giám sát đến nguồn SNICS. Dòng cathode sẽ tăng đến 2-4mA khi 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 trị bình thường của nó ở 40V. Tăng dòng bộ gia nhiệt từ từ lên từng 1-2 Amp một tới 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 trong khoảng 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 chỉnh dòng 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 ra một chùm Ion Oxy lớn do sự thoát khí (outgassing). Ta cũng có thể thấy một vài Microamp Hidrogen (H-). Mất một khoảng thời gian (40-60 phút), chùm tia Oxy liên 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 nguồn bằng thanh ngắn mạch (thanh nối đất – shorting rod), sau đó làm theo các bước thay cathode. Để khởi động lại, hãy bật lại biến thế cách ly. Nếu muốn, các nguồn 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 để được khởi động. Các thao tác sau đây thường được tiến hành với kiểu khởi động này:
a. Bật hệ thống làm lạnh b. Khởi động biến áp cách ly.
c. Nguồn điện cấp cho buồng ion hóa đặt ở 23 Amps d. Lò nung Cesium đặt ở mức điện thế 40-45V
e. Nguồn điện cấp cho cathode đặt ở mức điện thế đã cài đặt trước đó (6- 8kV)
f. Cụm hội tụ và extractor đặt ở mức đã cài đặt trước đó
3.5.2. Khởi động sau khi lắp lại nguồn
Khi đã có chân không cao (10-7 Torr hoặc tốt hơn). Buồng Ion hóa cần được hút khí ra(outgass). Thao tác rút khí ra ở buồng Ion hóa như sau:
a) Bật hệ thống làm lạnh b) Bật máy biến áp cách ly.
c) Máy đo IGC gần vùng nguồn nhất cần hiển thị ở 10-7 Torr hoặc tốt hơn. d) Nguồn điện cấp cho buồng Ion hóa đặt ở 15 Amps. Chân không trong vùng nguồn không được ở mức trên khoảng giữa 10-5. Áp suất sẽ tăng lên nhưng sau đó vài phút chân không sẽ được cải thiện trở lại. Tăng dòng của buồng Ion hóa lên từng 5 Amps một đến khi đạt đến 22-25 Amps với chân không lớn hơn 10-7 Torr hoặc nhỏ hơn 10-6 Torr. Buồng Ion hóa phải được rút khí ra ở điều kiện dòng 22-25 Amps trong khoảng từ 3 đến 4 tiếng. Sau khi quá trình rút khí ra hoàn tất, đặt các thông số của nguồn về trạng thái cài đặt trước đó. Có thể phải đợi đến 30 phút đến khi tạo được chùm tia.
3.5.3. Khởi động sau khi thay buồng Ion
Sau khi chân không được khôi phục (10-7 hoặc tốt hơn). Buồng Ion hóa cần được rút khí ra. Quá trình rút khí ra đối với buồng Ion hóa được tiến hành như sau:
a) Bật hệ thống làm lạnh b) Bật máy biến áp cách ly
c) Máy đo IGC gần vùng nguồn nhất cần hiển thị ở 10-7 Torr hoặc tốt hơn. d) Nguồn điện cấp cho buồng Ion hóa đặt ở 15 Amps. Chân không trong vùng nguồn không được ở mức trên khoảng giữa 10-5. Áp suất sẽ tăng lên nhưng sau đó vài phút chân không sẽ được cải thiện trở lại. Tăng dòng của buồng Ion hóa lên từng 2 Amps một đến khi đạt đến 22-25 Amps với chân không ở khoảng giữa 7th hoặc khoảng nhỏ hơn 6th. Buồng Ion hóa phải được rút khí ra ở điều kiện dòng 22-25 Amps trong khoảng từ 3 đến 4 tiếng. Sau khi quá trình rút khí ra hoàn tất, đặt các thông số của nguồn về trạng thái cài đặt trước đó. Có thể phải đợi đến 30 phút đến khi tạo được chùm tia.
3.6. Tắt nguồn
Để tắt nguồn SNICS II, tiến hành tuần tự các bước sau: 1) Chỉnh điện áp lò nung về mức 0.
2) Tắt bộ gia nhiệt sau khi nhiệt độ lò nung ở dưới 50oC. 3) Chỉnh nguồn điện cấp cho buồng Ion về mức 0.
4) Tắt hoàn toàn biến áp cách ly (của nguồn)
3.7. Những vấn đề có thể gặp phải
1) Rủi ro trong trường hợp tiếp xúc với không khí bên ngoài.
Nếu hệ thống bị tiếp xúc với không khí bên ngoài khi có cesium trong nguồn, cesium sẽ phản ứng với hơi nước trong không khí tạo thành một hợp chất tan chảy. Tùy thuộc vào thời gian phơi lộ hợp chất này có thể tích tụ đủ đến mức cản trở sự vận hành sau này.
Nếu lò nung cesium được chỉnh quá cao trong thời gian dài thì có thể có quá nhiều cesium trong nguồn và đi vào trong các thấu kính và các ống đi kèm, ở đó cesium đọng lại trên các vật liệu cách điện bằng gốm và gây ra đánh thủng điện áp.
Cesium trên các bề mặt gốm dẫn điện và nó không thể duy trì trạng thái vận hành ổn định ở cao thể. Trong những điều kiện như thể này, nguồn và các bộ phận thấu kính cần phải được tháo ra và làm sạch.
3) Chùm tia ban đầu
Cesium đang chứa trong bình có thể có một lớp ôxi hóa trên đó. Người vận hành phải tăng nhiệt độ lò nung đến lớn hơn khoảng 25-30% của các thông số vận hành để loại bỏ lớp ôxi hóa này. Để thực hiện thao tác này người vận hành luôn phải giám sát cường độ dòng cathode và nhiệt độ lò nung. Cường độ dòng cathode,cường độ dòng extractor và cường độ chùm tia sẽ tăng rất nhanh.
Khi sự thay đổi nhanh chóng này bắt đầu diễn ra, hãy tắt bộ gia nhiệt ở lò nung cesium. Bằng cách này thì buồng cung cấp cesium sẽ ngăn không cho cesium tiếp tục chảy vào nguồn ion. Đặt bộ gia nhiệt lò nung cesium trở về thế 40-50V.
Cần tiến hành bước tiếp theo sau một cách rất cẩn thận, sau khi thấy sự tăng nhanh của dòng extrator, dòng cathode, cũng như vậy cường độ chùm tia sẽ tăng lên. Bộ gia nhiệt cesium hiện giờ đang tắt, hãy đặt giá trị cho buồng ion vào khoảng 20 Amps và lò nung ở 40-50 V. Chỉnh bộ gia nhiệt cesium lên 25 Amps. (Lưu ý rằng cường độ dòng extrator, cathode và chùm tia có thể bắt đầu tăng lên). Tăng cường độ dòng của buồng ion từ từ đến khi đạt đến cường độ chùm tia mong muốn. Cũng như vậy, đặt lò nung cesium về trạng thái cài đặt bình thường của nó.