亞利桑那州立大學(xué)曼格斯教授
“我一直在探尋一個(gè)升級(jí)方案”
亞利桑那州立大學(xué)曼格斯教授說(shuō)：“我一直在探尋一個(gè)升級(jí)方案，在實(shí)際工作中，如果我忙于設(shè)備維修，便無(wú)法開(kāi)展對(duì)學(xué)生或其他研究人員的培訓(xùn)工作，也難以實(shí)施其他能夠提升工作效率的事項(xiàng)。”
因此曼格斯教授一直想要給粒子加速器尋覓一款維護(hù)少，性能穩(wěn)定的前級(jí)泵真空泵。
只有VACUU?PURE 10可以解決他的難題。
曼格斯教授說(shuō)：“對(duì)于粒子加速器而言，任何新型前級(jí)泵都需構(gòu)建可靠、穩(wěn)定且低振動(dòng)的真空環(huán)境，從而為粒子加速器實(shí)驗(yàn)營(yíng)造最為適宜的真空條件。基于此，對(duì) VACUUBRAND 公司的 VACUU?PURE 10 螺桿泵進(jìn)行搭配測(cè)試，旨在以其替換油封旋片泵。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該螺桿泵所達(dá)成的真空度與傳統(tǒng)旋片泵相當(dāng)，然而卻無(wú)需進(jìn)行泵油更換以及頻繁維護(hù)，幫助他們團(tuán)隊(duì)節(jié)約了大量的時(shí)間。
最大限度減少停機(jī)時(shí)間，在高真空應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行是保障實(shí)驗(yàn)進(jìn)程順利推進(jìn)的基礎(chǔ)，任何意外停機(jī)都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中斷，不僅浪費(fèi)時(shí)間，還可能造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的缺失或不準(zhǔn)確。
2.穩(wěn)定真空
粒子加速器要求粗抽泵能夠穩(wěn)定提供 10?³ mabr 的真空度，以便與渦輪分子泵協(xié)同工作，進(jìn)而達(dá)到低至10??mbar的穩(wěn)定真空水平。這種穩(wěn)定的真空環(huán)境是確保粒子加速器內(nèi)粒子束穩(wěn)定運(yùn)行、精確控制以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的必要條件。在粒子加速過(guò)程中，微小的真空波動(dòng)都可能對(duì)粒子的軌跡和能量產(chǎn)生影響，從而干擾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。
3.低振動(dòng)
盡可能降低振動(dòng)能夠確保精密設(shè)備的穩(wěn)定性，顯著提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。粒子加速器作為一種高度精密的設(shè)備，對(duì)振動(dòng)極為敏感。振動(dòng)可能導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部部件的微小位移，進(jìn)而影響粒子束的傳輸和聚焦，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。通過(guò)減少振動(dòng)，可以有效提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性和可靠性，為科學(xué)研究提供更具說(shuō)服力的數(shù)據(jù)支持。
粒子加速器的應(yīng)用
IBeAM 實(shí)驗(yàn)室的粒子加速器為一臺(tái)1.7 兆電子伏特的串聯(lián)加速器，廣泛應(yīng)用于離子束分析（IBA）和材料離子束改性（IBMM）等多個(gè)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究。其獨(dú)特應(yīng)用涵蓋以下方面：
3.能源領(lǐng)域元素同位素分析：利用粒子（離子）誘發(fā)伽馬射線發(fā)射（PIGE）技術(shù)，對(duì)用于能源領(lǐng)域的鋰及其他元素進(jìn)行同位素分析。在能源研究中，元素的同位素組成對(duì)于理解能源材料的性能、反應(yīng)機(jī)理以及能源轉(zhuǎn)換效率等方面具有重要作用。通過(guò)精確的同位素分析，可以優(yōu)化能源材料的設(shè)計(jì)和制備，提高能源利用效率，為可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。
旋片泵、渦旋泵還是螺桿泵？
為評(píng)估低維護(hù)粗抽泵的可行性，實(shí)驗(yàn)室將油封旋片泵替換為 VACUU?PURE 10。VACUU?PURE 10的額定抽速為 10 m3/h，極限真空為 5×10?³ mbar。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使用旋片泵將過(guò)渡艙從大氣壓抽至約50 毫托（0.07 毫巴）的相對(duì)前級(jí)壓力，耗時(shí)約 6 分鐘， VACUU?PURE 10 泵也能達(dá)到相近的抽氣時(shí)間。當(dāng)以VACUU?PURE泵作為粗抽泵，并打開(kāi)將過(guò)渡艙與分析腔隔開(kāi)的閘閥時(shí)，觀察到壓力上升小于一個(gè)數(shù)量級(jí)。
曼格斯曾對(duì)以渦旋泵替代現(xiàn)有旋片泵的可能性進(jìn)行過(guò)簡(jiǎn)要考量。然而，在對(duì)市場(chǎng)上具有可比性的渦旋泵進(jìn)行維護(hù)要求以及極限真空評(píng)估后，發(fā)現(xiàn)相較于渦旋泵，VACUU?PURE 10 泵與現(xiàn)有的旋片泵相比具有更顯著的優(yōu)勢(shì)。在明確渦旋泵在該應(yīng)用場(chǎng)景中的價(jià)值較為有限后，曼格斯僅將 VACUU?PURE 10 泵視為旋片泵的可行替代方案。
經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估，曼格斯最終確定 VACUU?PURE 10 泵在提供可比泵送性能的同時(shí)，具備作為低維護(hù)粗抽泵的突出優(yōu)勢(shì)。油封旋片泵需要頻繁更換機(jī)油，且曼格斯大約每?jī)赡昃托鑼⑿盟腿ミM(jìn)行大修，這一過(guò)程耗費(fèi)了大量的時(shí)間和資源，嚴(yán)重限制了學(xué)生和亞利桑那州立大學(xué)行業(yè)合作伙伴使用粒子加速器開(kāi)展研究的時(shí)間。
VACUU?PURE 10 的應(yīng)用完全契合亞利桑那州立大學(xué) IBeAM 實(shí)驗(yàn)室在可靠性、穩(wěn)定性和低振動(dòng)方面的嚴(yán)苛要求。其在性能上與傳統(tǒng)泵相當(dāng)，同時(shí)無(wú)需進(jìn)行機(jī)油更換，極大地提高了研究流程的效率，為學(xué)生和行業(yè)合作伙伴創(chuàng)造了更多的合作機(jī)會(huì)，有力推動(dòng)了材料分析領(lǐng)域的科研工作。
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