操作步骤

实验操作

一：在线演示

二：实验操作指导

该虚拟仿真实验共计3大流程，由33个主要交互性实验操作步骤构成。

1. 开机准备

（1）首先在操作间开启空气压缩机泵，空气压缩机开始打压，伴有轰隆隆声音，大概持续2至3分钟。空气压缩机的作用：为加速器中的各个气控开关提供压缩气体，使得开关处于开启或关闭状态。（这种控制方式的优点是可以在突然断电后短时间内仍然有效，能及时关掉相应的阀门）

图1：开启空气压缩机电源

（2）开启冷却水：然后用钥匙开关开启水冷电源，水压保持到2.5Kg，主要对分子泵，分析磁铁、开关磁铁起到冷却作用。

图2：开启冷却水电源

（3）开启加速器的总电源（加速器房屋北墙上的电闸）给整个加速器系统供电。

图3：开启加速器总电源

（4）开启接地机柜的开关（依次开启接地机柜开关，机械泵开关，遥控系统的开关和氟利昂冷却系统的开关）

图4：开启接地机柜开关

图5：开启机械泵开关

图6：开启遥控系统电源开关

图7：开启氟利昂冷却系统开关

（5）开始抽真空（包括机械泵，分子泵内部气体，离子束靶室内，加速管道，离子源，锂交换道内的残留气体）

机械泵初步抽低真空（南墙上的两个开关，第一个为分子泵对应的机械泵开关电源（用于离子源，第一个偏转磁铁，锂交换道区间的真空），第二个分子泵对应南墙的中间分子泵的机械泵开关电源（用于加速管部位的真空），第三个分子泵对应南墙上最右边的机械泵开光电源（用于离子束靶室的真空）。此时的低能端（前端）隔离阀，高能端（经过加速管后）的隔离阀，靶室与高能端之间的隔离阀都必须处在关闭状态。分段状态下分别抽真空，离子源和锂交换道之间的手动隔离阀处于开启状态。

图8：开启机械泵电源开关
在遥控系统的面板上，注意观察低真空指针，当低真空指针到 50 militorr(50x10-2Torr),可以开启遥控系统上的Vacuum Bypass(真空旁路，是一个短路电路，短路加速器的自动保护，可以在真空度低的情况下开启分子泵的蝶阀), 然后打开控制面板上的Diff. Pump. Butterfly. Valvas(分子泵的蝶阀开关)，此时能听到气动开启的声音，打开蝶阀的瞬间，控制面板上的真空指示针会突然有明显摆动，是因为分子泵内存量的空气所引起。开启之后，机械泵开始对分子泵内抽真空。大概经过两分钟左右，分子泵内形成低真空状态。当真空指示针再次回到50x10-2Torr时，进行下一步的高真空处理。

图9：开启机械泵后，可以观察到真空系统指示表头的数值变化
加速器内部形成了低真空50x10-2Torr之后，打开三个分子泵电源控制柜上的电源开关（按绿色启动按钮），分子泵开始转动，（转速的数字指示增加到350）既达到分子泵的最大转速。关注控制面板上真空指示针达到1x10-4Torr左右，立刻关闭遥控系统上的Vacuum Bypass，打开面板上的Standby开关，此时加速器的所有工作开关都将受到Standby控制，这是总关联。如果在后续离子束加速使用过程中，出现了断水，断电，或真空度突然改变，Standby功能将立即切断所有阀门，关闭所有电源，保护加速器不受损害。打开Standby 开关后，随后开启控制面板上的高真空指示器的开关，分子泵工作10~20分钟后，高真空指示针达到1~2x10-6Torr，表示加速器内的真空度达到了高真空状态。

图10：开启真空系统分子泵电源开关

图11：关闭遥控系统上的真空旁路开关（Vacuum Bypass）

图12：打开控制面板Standby开关

图13：开启控制面板上的高真空指示器的开关
加速器处在高真空状态下，开始打开氟利昂冷却系统开关（绿色Start按钮）氟利昂冷却系统开始工作，可以在塑料管道内看到氟利昂液体的迅速流动，主要作用是给离子源外围冷却，防止在离子源加热后周围外部过热，如果冷却系统流速较慢，或堵塞会在成离子源部分在后期持续升温，甚至会高温毁掉里面的机械原件，以及外接的电路接线。

图14：打开氟利昂冷却系统开关
冷却系统正常工作后，在接地机柜开关上，打开离子源开关（5）号位的开关。

图15：打开装置离子源开关

（6）离子源加热过程，形成带电粒子的过程。

在高真空状态下，冷却水、氟利昂都处于正常运转下，开始离子源灯丝的加热。

缓慢拧动离子源控制面板上的Filament Control，给铂灯丝上凃有的碳酸钡进行加电压，加电压的过程就是使得铂灯丝导通，形成电流，在表面形成热，使得碳酸钡涂料在足够的加热状态下能够处于受激状态。每次旋转电流值是2~3个小格，同时要观察遥控控制面板上的高真空指针的变化情况，因为随着温度的加热，碳酸钡涂料里的空气会缓慢释放，使得高真空指针在每次旋转增加Filament Control指针数值时，突然变大，表明气体的释放。等高真空指针数值再次回到1~2x10-6Torr,才可以进行再次在离子源控制面板上旋转Filament Control电流值。最终直到灯丝电流值到19~20安培，停止加热离子源的灯丝。该加热过程十分缓慢，过程的时间平均在2~3小时完成。

图16：缓慢拧动离子源控制面板上的Filament Control旋钮，可以观察左下角表头数值变化
对锂交换道内的锂源，进行加热，使得固体锂升温到气态。在离子源控制面板的下方，是锂交换道加热电源，打开开关后，进行最终温度的设置，一般设定到550度即可。电源自动加热，无需操作，同时观察遥控控制面板上的高真空指针。因为在加热锂交换道内的锂源时也会将内部的残留气体释放，形成高温的锂蒸汽，大约需要3小时左右，高真空指针回到1~2x10-6Torr,表明锂蒸汽形成。

图17：停止加热离子源灯丝

图18：打开锂交换道加热电源
等到离子源的灯丝充分加热，并在锂交换道内的高温锂蒸汽形成之后，开始弧压放电，形成带电粒子。

缓慢开启He气瓶上的阀门（用手旋拧），然后关闭离子源的旁路开关（顺时针为关，逆时针为开）。关闭了离子源的旁路开关就是将离子源与后面的偏转磁铁通道以及后面的所有通道进行隔离。打开He气阀门一定缓慢，观察遥控控制面板上的高真空指针，应该从原有的1x10-6Torr缓慢提到1.8~2x10-6Torr，表示在离子源内部冲入了合适的He。准备弧压放电起弧。

图19：开启He气瓶上的阀门

图20：关闭离子源的旁路开关
旋转离子源控制面板上的Magnet Control加上励磁电流，至0.8~1安培(准备电流)

图21：旋转离子源控制面板上的Magnet Control，观察电流表数值变化
转动离子源控制面板上的ARC Control，加弧压的电压至100~150V，通过放电棒接触离子源的金属外壳，迅速离开，在迅速接触，反复几次后，发现离子源的电流表值从0突然变到0.8~1.5A的电流，并稳定在期间的某一数值位置，原始大约能在1A左右，几乎不动，表示离子源起弧成功，离子源此时形成了较为稳定的前端He-离子流。

图22：转动离子源控制面板上的ARC Control

图23：用放电棒接触离子源的金属外壳

（7）He离子束的加速与聚焦

前端稳定的He离子束形成后，开启离子源面板上的18kV电压开关，加压到18000V。

图24：开启离子源面板上的18kV电压开关
打开地柜开关上的打火连锁透镜开关（3），分析磁铁的电源开关（27）号对应前端，（23）号对应加速后的末端开关。电子学控制系统（29）号，四级透镜磁铁开关电源（26）

图25：打开打火连锁透镜开关

图26：打开分析磁铁的电源开关1

图27：打开分析磁铁的电源开关2

图28：打开电子学控制系统开关

图29：打开四级透镜磁铁开关电源
调节偏转磁铁和聚焦透镜的各个电压值，使得遥控控制面板上的电流值能够保证最大，到达法拉第桶的前端离子束流大约180mA。

图30：调节偏转磁铁和聚焦透镜的各个电压值
将法拉第桶提到Out位置，束流将通过法拉第桶进入加速管道。

图31：将法拉第桶提到Out位置
在遥控控制面板上，打开高压开关，开启高压电源，缓慢旋转电压值，直到694kV。

图32：调节高压电源，缓慢旋转直到694kV
调节加速管后端的偏转磁场值，X-Y两个值，调节四级透镜(X-Y)数值，使得经过加速管后的离子束电流值能在30微安左右，能量达到2.1MeV的He离子束到达离子束的靶室。