上海同步輻射光源(SSRF) 是以大量插入件(Insertion device )的使用為標(biāo)志第三代同步輻射光源，該光源具有高亮度、準(zhǔn)直性好、波長(zhǎng)范圍寬且連續(xù)可調(diào)、脈沖短(～10^-10 s )、穩(wěn)定性高、超純凈、高偏振和準(zhǔn)相干等優(yōu)點(diǎn)，性能遠(yuǎn)優(yōu)于其它人造光源。插入件是指具有周期性磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的磁裝置， 安裝在儲(chǔ)存環(huán)兩個(gè)磁聚焦結(jié)構(gòu)間的直線節(jié)中, 當(dāng)電子束流經(jīng)過(guò)插入件時(shí)，束流軌跡被磁場(chǎng)扭擺，從而改變束流本身特性及輻射特性，獲得更高品質(zhì)的同步輻射光。插入件包括波蕩器(Undulator )、扭擺器(Wiggler )和波長(zhǎng)移動(dòng)器(Wavelength shifter)3 種。SSRF首批5臺(tái)插入件有兩臺(tái)Wiggler (w8w14)，Wiggler真空室為束流提供運(yùn)行通道， 同時(shí)還須保證光源運(yùn)行的超高真空環(huán)境， 滿足插入件工作的技術(shù)要求。

1、Wiggler真空室材料選擇及處理

1.1、不銹鋼材料選擇

　　上海光源在儲(chǔ)存3.5GeV、200～300mA 束流情況下，要滿足束流壽命大于10h的要求，必須使動(dòng)態(tài)真空低于1.3×10^-7Pa 指標(biāo)。真空室還應(yīng)具有足夠低的真空阻抗，以避免束流不穩(wěn)定性，減小束流的高次模損耗。因此，真空室研制過(guò)程中材料的選擇是關(guān)鍵的第一步。Wiggler真空室材料選擇要考慮到熱導(dǎo)率、電阻率、表面出氣率以及對(duì)表面處理敏感性，殘余輻射、可加工性也是必須考慮的方面。目前，國(guó)際上其他光源插入件真空室常用材料主要是鋁合金和不銹鋼，通過(guò)對(duì)鋁合金和不銹鋼機(jī)械、磁性能的比較后發(fā)現(xiàn)，鋁合金更適于電子儲(chǔ)存環(huán)超高真空室的應(yīng)用。

　　SSRF儲(chǔ)存環(huán)真空室建造中，由于采用低導(dǎo)磁率不銹鋼模壓成型可節(jié)省費(fèi)用，因此，真空室材料從預(yù)研初定的鋁合金改為了低導(dǎo)磁率SS316LN(真空導(dǎo)磁率μ≤1.03)。結(jié)合SSRF儲(chǔ)存環(huán)特點(diǎn)，若Wiggler采用鋁制真空室，則該真空室和直線節(jié)真空室之間的連接需采用Al-SS復(fù)合板法蘭，由于爆炸焊加工用于超高真空密封復(fù)合板技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)尚不成熟，小間隙Wiggler 真空室加工工期較緊，這使Wiggler真空室采用鋁合金執(zhí)行難度較大。另外，SSRF 真空系統(tǒng)在儲(chǔ)存環(huán)不銹鋼真空室加工上積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，從整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)真空室材料統(tǒng)一、節(jié)省工期、費(fèi)用等方面考慮，我們決定采用304 不銹鋼加工Wiggler真空室， 加工完成后通過(guò)真空爐對(duì)真空室進(jìn)行高溫除氣退磁處理( 處理后導(dǎo)磁率μ≤1.05）用于Wiggler插入件的使用。

1.2、鍍銅及其厚度的確定

　　采用304不銹鋼研制小間隙Wiggler真空另一個(gè)問(wèn)題是：當(dāng)束流穿過(guò)不銹鋼束流室時(shí)，會(huì)在其表面感應(yīng)出鏡像電流，激發(fā)電磁波尾場(chǎng)。尾場(chǎng)主要受到真空室內(nèi)表面粗糙度和電阻率的影響，前者叫做表面粗糙度尾場(chǎng)，會(huì)使束流的發(fā)射度降低，因此通常對(duì)真空室內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理，盡量減小真空室內(nèi)表面粗糙度。后者叫做壁阻抗尾場(chǎng)，可以在內(nèi)表面鍍電阻率較小的銅層來(lái)減小。由于小間隙Wiggler 真空盒尺寸較小，束流感受到的尾場(chǎng)會(huì)較大，為減小尾場(chǎng)效應(yīng)，我們決定在束流室內(nèi)表面鍍一層銅膜。

　　由于壁電流的低頻成份受到損失較多, 而對(duì)于高頻, 損失則小得多。束流所能感受到的電磁尾場(chǎng)低頻部分記為Δνy、f0，這里Δνy為束流垂直方向振蕩頻率小數(shù)部分，f0 為回旋頻率，對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)趨膚深度δ 為：

　　式中：ω為高頻電磁場(chǎng)頻率，μ為真空磁導(dǎo)率，σ為金屬電導(dǎo)率。經(jīng)物理部門(mén)計(jì)算后確定鍍銅層厚度≮110 μm。

1.3、表面鍍銅工藝

　　Wiggler真空室內(nèi)表面鍍銅層不僅要求鍍致密、均勻、導(dǎo)電性好，而且還要求銅層與SS304真空室有非常好的結(jié)合力，避免在真空烘烤調(diào)試及加速器運(yùn)行時(shí)，超高真空狀態(tài)下真空室內(nèi)表面鍍層出現(xiàn)掉粉、脫皮等現(xiàn)象，使束流中的電子與束流管道中的殘存微粒之間的韌致輻射作用，引起束流微粒（塵埃）效應(yīng)，影響束流壽命。

　　Wiggler 真空室長(zhǎng)度超過(guò)2 m， 且鍍層厚度大，因此我們決定采用電鍍的方式。比較了堿性(NaCN 氰化物) 鍍銅和酸性鍍銅兩種常用鍍銅方式后發(fā)現(xiàn)，氰化物鍍銅雖然膜層增長(zhǎng)速率緩慢，電鍍所需時(shí)間長(zhǎng)，但較酸性鍍銅卻具有鍍層致密、均勻等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)氰化物鍍銅是解決鋼鐵件鍍銅結(jié)合力最好的措施。因此，Wiggler不銹鋼真空室選擇了氰化鈉電鍍銅工藝。Wiggler真空室鍍銅前先將機(jī)加完成后的304不銹鋼板表面清洗干凈，除去油、銹等污跡。首先電鍍一薄層沖擊鎳打底，以增加不銹鋼與鍍銅層間的結(jié)合力。然后將真空室制件作陰極，純銅板作陽(yáng)極，掛于含有氰化亞銅、氰化鈉和碳酸鈉等成分的堿性電鍍液中，配以適當(dāng)?shù)奶砑觿┩瓿慑冦~。鍍銅后真空室片清洗拋光，按照超高真空工藝清洗后焊接成型。

　　由于氰化物鍍銅中間體有多種，為了防止不銹鋼材料鍍銅后的真空性能變化，如出氣率過(guò)大、清洗后殘余氣體中有雜質(zhì)氣體等，導(dǎo)致真空度難以達(dá)到指標(biāo)，故進(jìn)一步對(duì)鍍銅后SS304進(jìn)行真空性能測(cè)試。

2、SS304鍍銅真空性能測(cè)試與分析

2.1、真空性能測(cè)試裝置

　　超高真空和極高真空材所用的金屬材料等物質(zhì)表面的熱出氣主要由材料本身解析氣體、滲氣(主要是H₂)以及微小漏隙漏氣組成，而這些經(jīng)常是由熔煉和鑄造、存儲(chǔ)、加工以及材料本身的非致密性引起的。電鍍銅材料的熱出氣與上述情況有所區(qū)別，并且電鍍過(guò)程中沒(méi)有擺脫氰化物劇毒這一清潔要求。因此對(duì)不銹鋼鍍銅的熱出氣率及其殘氣譜圖進(jìn)行測(cè)試與分析，以確保滿足Wiggler真空室材料指標(biāo)要求。

　　常用的真空材料熱出氣率測(cè)試方法有兩種，升壓法和小孔流導(dǎo)法(壓差法)。此次不銹鋼鍍銅真空性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)采用壓差法。按照真空設(shè)計(jì)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)搭建出氣率測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試裝置如圖1。

1.離子泵2.規(guī)管3.排氣室4.小孔5. 規(guī)管6. 測(cè)試室7. 四極質(zhì)譜計(jì)8.角閥9.分子泵機(jī)組

圖1 測(cè)試裝置示意圖

　　整個(gè)裝置包括測(cè)試罩、規(guī)管、四極質(zhì)譜計(jì)及真空獲得設(shè)備構(gòu)成。測(cè)試罩上室為測(cè)試室，下室為排氣室，直徑DN150，整個(gè)測(cè)試罩由304不銹鋼做成，可耐300℃～400℃高溫烘烤。上、下室各裝一個(gè)離子規(guī)(Varian)，上室還接有一個(gè)四極質(zhì)譜計(jì)(Inficon)，下室直接與200L/s 離子泵連接，CF35角閥通過(guò)波紋管連接分子泵- 干泵機(jī)組(Leybold)。真空系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，測(cè)試罩內(nèi)氣體流過(guò)小孔被真空獲得設(shè)備抽除。氣體流過(guò)上、下室隔板小孔會(huì)在測(cè)試室和抽氣室內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)壓降△P(△P=P1- P2)，壓強(qiáng)P1、P2 可從上、下室的兩個(gè)規(guī)管讀出。已知小孔的直徑d=11 mm。根據(jù)小孔分子流時(shí)流導(dǎo)公式

　　式中A0為隔板小孔的面積（m2）；R 為氣體常數(shù)(813143 J/(K·mol) )；T為氣體溫度（K）；M 為氣體摩爾質(zhì)率(kg/ mol)�？梢郧蟪鲂】琢鲗�(dǎo)C 為0.01103 m3/s。則系統(tǒng)的測(cè)試室出氣率Q 可以通過(guò)Q =C(P1- P2)公式算出。