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Sistemi da vuotofi i/

Condizioni stazionarie P FS

q

V

superficie

perficieportata/su

F

q

S

qFP

Condizioni dinamiche

SVQ

SPSqF

dt

dVP

Condizioni dinamiche

qFKeP

tV

S

dtS

Per avere basse pressioni:t i li b- materiali a basso q

- Elevate velocità di pompaggioC di i i di i h d i i i i di

QqFKeP in

tV

S

Condizioni dinamiche ed iniezioni di gas

Lab di rivelatori LS Sistemi da vuoto e misure (C.G.)

SSKeP

Sistemi realiQ

HVG

PchSch

qVchchch SPQ Qin

A T t t Q è l dA T costante Q è la grandezzache si conserva lungo il sistema{HVPumpchamberC SBV

P

BVG

C

PBV

BVHV PumpPumpC

BVBVchchch SPSPQ

vuotoalto di pompa HVP

S, Q, Pmax in, Pmaxout

vuoto)-pre di (back meglio o

vuotobassodi pompaBVP

S, P all’ingresso = P HV, Q, max in, maxout

ingresso e uscitaK= fattore di compressione

S, Pmax all ingresso Pmax HV out

Uscita atmK= fattore di compressione


Le velocità di pompaggio devono tener conto delle C tra le varie parti , quindi della velocità di pompaggio efficace.

Automazione e controllo


Connessioni per vuoto

KF (klamp Flange) LF (Long Flange) CF (Conflat Flange)

NWNW

Range di utilizzo fino 10-7 (mbar)O i di i t i li

UHVO-ring di vari materialiNitrili, Buna-N, Viton, KalrezDN 16 25 40 50 63 100 160

Guarnizioni in rame


DN 16, 25, 40, 50 --- 63, 100, 160 … DN 16, 40, 63, 100 …

Sistema per calibrazioni misuratori: misura di densità

Dimensionare sulla base dei dati tecnici

fornitim

CF 150

fdalle rispettive case

costruttrici.455 mm

280

mm

CF 100


Qmax e Pcv per Idrogenomax cv g

Il volume di compressione, tt di tt t lpermette di mettere a punto la tecnica di misura.

Stimare la portata massima,Che si può iniettare e la misuraChe si può iniettare, e la misuraPCV


Verifica della risposta del Baratron

• Prima verifica di iniezione e risposta dei misuratori, con soffietti da ¼” VCR.,

S tit i ill i i l ti• Sostituzione con capillari equivalenti (d=0.8 mm ed l =10 cm, più sezioni in tubicini d’acciaio d = 2 mm lunghezze 400 mm e 700 mm)mm e 700 mm)


Verifica definitiva

Q iniettata nella cell: 1 10 -3 mbar l/s

Pompa Leybold 1600 l/sO Turbo magnetica 2000 l/s


Controllo della risposta del baratron all’apertura e chiusura della cell.

Accumulazione

mm 10

d

dnt bb Fascio libero

d

1 l

mm 10d

Fascio Accumulato 2/ ;

12

0

Lllnxdxnl

t ccc

Flusso uscente=flusso entrante

15100

1

4 sec10445.1sec

10445.1

cmcm

MT

vKT

M

Flusso uscente=flusso entrante

atom/sec 100.3 16I

InC ctot d

SvI

tbb

b 2,64E+11

ctot

SvnnC LI

t 1 52E 14

cm 20L

Laboratorio di Rivelatori LS

bbbccelltot SvnnC 2C

tot

t c 1,52E+14

3.51sl

4.34

'-12

s

l

sl

AA

M

TC

Kergk

nkTbarP

/10 38.1

)(16-

cmin unit length Kergk /10 38.1

CPPCQ c kTCn c

2/ ; Lllnt cc

C' k TtL

Q c

2

)2/(3.51

Ls

14.348 3

-12

s

lT

Ls

AA

MktQ c

CL/2=3,96 l/s

ABS-inj 3,37 Ctot=11,9 l/s =>

cmin lungh.

)(

Laboratorio di Rivelatori LS

BRP-sampl.extension

0,764,81

tot

tc=1.1 1014 atom/cm2

Controllo formula

3514.34

'-12

lAATC

Correzione C ff tt di f

cmin unit length

3.51 '

sBlBlM

C

-1

3.51

A

Con effetto diaframma

813'3DT

C

Bl

cmin unit length l

81,3'D

M

TC

B boundary,

4.34

'2

Bl

A

M

TC

y,perimetro

cmin unit length

BlM


Dimensionamento cell per PAX

Sezione quadrata l = 1 mmSezione quadrata l = 1 mm

Lunghezza L= 400 mmg

Campionamento d= 6 mm,L 32L = 32 mm

Estensione d= 10mm,,L = 328 mm

I i i ABS d 10Iniezione ABS d= 10 mm,L = 96 mm


Dimensionamentoconductance Medium Cell per varie Lunghezze square correzione

d d l=L/2 A s(34,4/radq(pi.greco

))*A^2/sLC senza

corr 1+5.3A/sl A^2/sL/(1+5.3 A/sl) T M sqrt(T/M) C'(l/2) [L/S]

[cm] [cm] cm cmq cm

m_cell 20 cm 1 1,00 20,00 1,0000E+00 4,00 0,24 4,20 1,07 0,23 300 1 17,32050808 3,94

1 1,00 20,00 1,0000E+00 4,00 0,24 2,97 1,07 0,23 300 2 12,24744871 2,79

Considerazioni sulle conduttanze dell'injection e sampling cond corr T M sqrt(T/M) cond

R Length A S

ABS-inj M=1 0,5 9,29 7,8540E-01 3,14 0,41 7,10 1,143 0,36 300 1 17,32 6,22

ABS-inj M=2 0,5 9,29 7,8540E-01 3,14 0,41 5,02 1,143 0,36 300 2 12,25 4,40

BRP-sampl. M=1 0,3 2,60 2,8274E-01 1,88 0,32 5,48 1,306 0,24 300 1 17,32 4,20

BRP-sampl.M=2 0,3 2,60 2,8274E-01 1,88 0,32 3,88 1,306 0,24 300 2 12,25 2,97

extension M=1 0,5 32,80 7,8540E-01 3,14 0,12 2,01 1,040 0,11 300 1 17,32 1,93

extension M=2 0,5 32,80 7,8540E-01 3,14 0,12 1,42 1,040 0,11 300 2 12,25 1,37

C_ext+samp M=1 8,66 1,32

C_ext+samp M=2 7,17 0,94

0 060710,06071

Ctot= I tc atom/cm2 n0 =atom/cm3 P=n0 kT [mbar]C'+C'+CABS+Cbrp M=1 15,42 Q_BRP/QIN M1= 0,09 6,00E+16 7,78E+13 3,89E+12 1,61E-04C'+C'+CABS+Cbrp M=2 10,91 Q_BRP/QIN M2= 0,09 6,00E+16 5,501E+13 5,50E+12 2,28E-04

senza extension per misure Baratron 12,9

tconduttanza apertura

apertura cm profondita spessore 2 stati

M1 1 0,01 12,6 0,50 0,67 3,00E+16 2,75E+12 1,14E-04 0,707106781

M2 2 0,01 8,9 0,50 0,48

k = 1,38E-19 (conv in mbar)

2C

tot

LIt c 2/ ;2 Ll

L

t

l

tnlnt cc

ccc


tot Ll

Misure di intensità (portata) dei fascidP

absoutabstot PCQVdP

QQQ

Vdt

dP

:

;Q

tV

Cabs

abs

absoutabstot

eC

QPQCPV

dt

dP

Qdt

QQQ

1 Cdt


Sistema di calibrazione di portate

calcal

PP

calcal PCPCQchcal

Qcal

Ccalcal

Devo misurare CMisura di P con baratron


Devo misurare CCalMisura di Pcal con baratron

Misura di Ccal

calcal

V

CPPSPVdt

d :)(

costante

tV

C

cal

tV

S

calcalcal

cal

ePePtP

dt

)0()0()(

9

Data: aug17Cmeas Pbm

Pbm ExpDec1 fit of aug17Cmeas_Pbm

5

6

7

8 Data: aug17Cmeas_PbmModel: ExpDec1Equation: y = A1*exp(-x/t1) + y0Weighting: y Instrumental Chi^2/DoF = 0.09545R^2 = 1 y0 0.23024 ±0.01451A1 8.63199 ±0.01113t1 69 76054 0 24462P

bm (

mba

r)

2

3

4

5 t1 69.76054 ±0.24462P

• Misura di Ccal mediante

inoltre;

calcalcal VCVC

0 20 40 60 80 1002

time (min.)Evacuazione di Vcal attraverso Ccal

e V ?


. inoltre ;

cal

cal

cal

calcalcal VC

C e Vcal ?

Ma Ccal

/)()(9

Attribuiamo Ccal a Pcal

2

/)0()0( ePPP calcal

medio

6

7

8

mb

ar)

Si potrebbe fare un migliore stima.4

5Pca

l (m

0 20 40 60 80 1002

3

time (min.) calcal

V

CPPSPVdt

d :)(

costante

calcalcal bPaPfCdt

d

dt

VbPaP

dP 1

)(

bPadP

ln1


PabPaP

ln)(

Misura di Vcal

Ho un volume di riferimento noto grazie ad una i ( it ) d l li id h ò t (V )

da PV=costante

misura (ex situ) del liquido che può contenere (Vref ).

In situ con l’espansione del gas contenuto in Vref, d t i Vposso determinare Vcal.

calrefPrefrefPref VVPVPicalical

)(

espansionel' dopo

)1()( ffff icalical )( )1()(

Non abbiamo misuratori di pressione in Vref, pertanto si usa la misura di Pcal effettuata prima dell’espansione, quando i due volumi sono comunicanti,

i hi d l l l t i V f i ’ lt i


poi chiudo la valvola tra essi, evacuo Vcal e faccio un altra misura.

VG VG3

V1 Valvola per evacuareda alte pressioni > 10-1 mbar

Sistema di Calibrazione

Pompa V3

Vcv

Vl2G2 V6 V2 Valvola di prevuoto per la turbo

TurboV3

VcalV3 Valvola per evacuare

da basse pressioni < 10-1 mbar

Vp

Vl1V4

V

G1 V4 e 5 Valvole del volume di riferimentoVref

V5

di riferimento

Vl2 Valvola termoregolata da G e V bypassV1V2

V5 da G2e V6 bypass

Vl1 Valvola a perdita regolabile e

Pompa

Vl1 V vo pe d ego b e eVp pneumatica

V V V Volumi


A membrane Vcal , Vref , Vcv VolumiG1, G2 ,G3 misuratori di vuoto

ATTENZIONE:Ri t ll l h bl hi l’ ti h tt t d lRicontrollare lo schema a blocchi e l’etichettatura del

sistema di calibrazione sulla situazione attuale nel laboratorio(serve in caso di modifiche e per prendere confidenza)(serve in caso di modifiche e per prendere confidenza)

Misure di densità o pressione al centroMisure di densità o pressione al centro

Quesito: Calcolare l’intensità del fascio dalla misura di portata.

)(sec/ QfatomiI


Misure

• Misura della risposta del Baratron (e penning) in funzione della portata p g) pcalibrata, con il volume di compressione.

• Utilizzo di capillari equivalente a iniezione• Utilizzo di capillari equivalente a iniezione e misura cell, verifica lettura ed iniezione.

• Utilizzo cell di Hermes, per verifica su cell chiusa.chiusa.

• Utilizzo celle PAX per verifica apertura e hichiusura.


Altre possibili misure


Misure di portata calibrate

I i t i i i i h ’ t • I misuratori a ionizzazione hanno un’accuratezza bassa 10-20 %, ma una migliore riproducibilità 1-5%.

IG Possiamo riportare la risposta di IG (Pcv),rispetto alla portata calibrata e quindi poi

Qabs

rispetto alla portata calibrata e quindi poidedurre la misura di Qabs con errori dell’ordine del %

Q

CV Volume di compressione


QcalCcv conduttanza del tubo del CV

Calibrazione di Pcv

qCAL

3

1,6x10-3

q Linear Fit of Qcalc0fins230_qCAL

Calibrated througput measured with a 1% error

0 fins for 23 august

Quando inietto gas dall’ABS e misuro

i

1,2x10-3

1,4x10-3

inear Regression for Qcalc0fins230_qCAL:Y = A + B * XWeight given by Qcalc0fins230_ErrQcal error bars.

Parameter Value Errorar

l/s)

per esempio:

b10211

inlet ABS4P

8,0x10-4

1,0x10-3

Parameter Value Error------------------------------------------------------------A -7,2146E-5 1,96151E-6B 8,28848 0,01727------------------------------------------------------------Q

calib

(m

ba mbar 10211 4 .Pcv

Ottengo per la portata

5 5 4 4 4 4 4 4

4,0x10-4

6,0x10-4R SD N P------------------------------------------------------------0,9999 6,72786 3 0,00892------------------------------------------------------------

lmbar101Q 36,0x10-5 8,0x10-5 1,0x10-4 1,2x10-4 1,4x10-4 1,6x10-4 1,8x10-4 2,0x10-4

Pcv

(mbar)

Calibrazione della lettura di pressione Pcv pressione mediante portate calibrate

slmbar 101Q ABS


Sistema ABS 1PKR PBR287

Pirani PiraniPirani Pirani


Misure di attenuazione e … altro?

Ccv

Chopper -Wheel

Atomic Beam Source

pp

Q d l M


Volume di compressioneQuadrupole Mass

Analyser

Sistema diagnostica fasci atomici

Cryo PumpCryo Pump

10-7 mbarIon Pump

TV 350 l/s

TV550 l/sTi Pump


Misure di attenuzione del fascio e … livello 0.

dxIdI 0

Legge di BeerLegge di Beer coefficiente di assorbimento

dxnIdI n densità numerica molecolare dxnIdI 0 sezione d’urto di collisione

hard sphere (r1 + r2 )2

lP

txP

dP

Icos)(


lkT

P

eII

0

dxkT

I0

Ricavata la relazione tra Q e I si misura•Intensità in CV al variare di PHV2

Att i tt il f d b di i•Attenzione a sottrarre il fondo: bandierina

lP HV2 l

kTeII

0

2)ln()ln( effHV LPII

20 )ln()ln(

chkTII

Dalla pendenza riusciamo a ricavare


Misure con errori minimi

Mi di Att iMisure di Intensità

in un tubo di iniezione (Ccv)

Misure di Attenuazione

Calibrare la misurazione di P d l

Calibrare la misurazione di P (Pcv)

in tutti i rami dove passa il fascio

o Serve QCal che da PCal C Cal

C i i

o Serve una sonda precisa per confrontare in un intervallo di o Ccal s i ricava

dall’evacuazione dl V Cal

oSi misura poi l’intensità

intervallo di sovrapposizione le misure assolute.

oSi misura poi l intensità sottraendo il fondo con la bandierina

o Ovviamente si deve calibrare ogni misuratore

l tili t


sul gas utilizzato.

Problemi “reali”: stabilità al %.

P nel volume di compressione a Q= costante?


Soluzione pragmatica

• Condizionamento


Misure di Ccal prima e dopo

• CondizionamentoTutti ▲▼ Con

condizionamento

Senza

no

PCCLab di rivelatori LS Sistemi da vuoto e misure (C.G.)

PCC Regime viscoso

procedure

• VERIFICARE LE PRECEDENTI MISURE

• Condizionare tutto il sistema esposto ad H2

per almeno 3 ore.p

• Verifare la stabilità di PCV (meno del 5% in 1 h)h)

• Misurare Ccal 3 punti almeno 1.5 h per ogni cal p p gmisura, o utilizzare fit migliore.

• Misurare P ad una data Q stabilità (3• Misurare Pcv ad una data Qcal, stabilità (3 punti almeno).


• Calibrare IMR 265 verso MKS 0.02 Torr

Possibilità misure con QMA


continua

Sicurezza in Laboratorio

• Prima di tutto buon senso e lucidità• Manuale di sicurezza disponibile in • Manuale di sicurezza disponibile in

laboratorio• Per SpinLab:Per SpinLab:

Bombole ad alta pressione, controllo in caso di utilizzo He.

R i i i li t ti i li lli i i Rumori : vicino agli appartati ci sono livelli superiori a 80 dB, utilizzare cuffie o tappi

Solventi:» Isopropilico: non tossico» Etilico non tossicco» Acetone tossico per inalazione (utilizzare sotto cappae/o piccoli quantitativi e» Acidi, sotto cappa e con indumenti e guanti.

Movimentazione carroponte, solo autorizzati non stare


psotto

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