Design of Quartz Chemical Delivery Parts for High Temperature Vacuum Chambers Base of Simulation Results / Yüksek Sıcaklık Vakum Odaları için Kuvars Kimyasal İletim Parçalarının Simülasyon Sonuçları Temelli Tasarımı

Yıl 2015, , 33 - 39, 16.01.2015

Erdar Kaplan , Faruk Ünker , Olkan Çuvalcı

https://doi.org/10.18245/ijaet.59124

Öz

Many of today’s technologies and research techniques depend on process and methods in high and ultra-high vacuum chambers. High temperature vacuum chambers require innovative concept and use of unusual materials in design to achieve quality performance. In order to obtain quality performance, the temperature and gas delivery on the vacuum chamber surface must be uniformly distributed. In this work, a new funnel for high temperature vacuum chamber was successfully designed and tested using computer-based simulation techniques. The funnel was made of quartz crystal (Grade 2) due to ability to absorb temperature, properties of low gas permeability and low temperature coefficient. In order to mitigate O-rings from high temperature failure and to reduce non-uniformity effect during temperature delivery, a new quartz funnel was developed. The simulation and experimental results show that uniformity distributions in temperature of vacuum chamber surface were obtained with new funnel design.

Özet: Günümüz teknolojilerinin ve araştırma tekniklerinin çoğu yüksek ve ultra yüksek vakum odalarındaki proses ve metotlara bağlıdır. Yüksek sıcaklık vakum odaları, yenilikçi kavram ve kaliteli performans elde edilen tasarımda alışılagelmedik malzemelerin kullanımını gerektirir. Kaliteli performans elde etmek için vakum odası yüzeyine sıcaklık ve gaz iletimi eşit dağılmalıdır. Bu çalışmada, bilgisayar bazlı simülasyon teknikleri kullanılarak yüksek sıcaklık vakum odası için yeni bir huni tasarımı başarılı bir şekilde tasarlanmış ve test edilmiştir. Huni, sıcaklık emme yeteneği, düşük gaz geçirgenliği ve düşük sıcaklık katsayısı özellikleri sebebi ile kuvars kristalinden yapılmıştır. Sıcaklık iletimi esnasında eşit olmayan dağılımın etkisini azaltmak ve yüksek sıcaklık düşüşlerini düşürmek için yeni bir kuvars huni geliştirilmiştir. Simülasyon ve deney sonuçları gösterdi ki, vakum odası yüzeyinin sıcaklığındaki eşit dağılımlar yeni huni tasarımı ile elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Vacuum chambers, Quartz crystal, funnel, Computer-based simulations / Vakum Odaları, Kuvars Kristali, Huni, Bilgisayar Bazlı Simülasyon

Kaynakça

• R.A. Campbell, and D.W. Goodman, “A new design for a multi technique ultrahigh vacuum surface analysis chamber with high pressure capabilities”, Volume 63, Issue 1, pp.172-174, Jan. 1992. www.huntvac.com., 02/01/2015.
• C. Hauviller, “Design rules for vacuum chamber”, CERN Accelerator School: Vacuum in Accelerators Proc. Cas, pp. 31-42 May. 2007.
• U. Hahn, P. K. Hartog, J. Pfluger, M. Ruter, G. Schmidt, and E.M. Trakhtenberg, “Design and performance of the vacuum chambers for theundulator of the VUV FEL at the TESLAtest facility at DES”, Nuclear Instruments and Methods Physics Research Section A, Volume 445, Issue 1-3, pp. 442- 4 A 445, 2000.
• G.D. Alexeev, L.N. Glonti, V.D. Kekelidze, and et al., “The thin-wall tube drift chamber operating in vacuum”, Proceedings of the 12th Pisa Meeting on Advanced Detectors, 20-26, Volume 718, pp.421-423, May 2012.
• K.M. Birnbaum, and The Quantum “Ultra-high Optics chambers”, Technology, Norman Bridge Laboratory of Physics, CA 91125. Tech. Rep. 12-33, 2005. vacuum California Institute of V. Avagyan, H. Petrosyan, S. Nagdalyan,
• Chamber Design Considerations for Candle Light Source” Proc. of EPAC, Paris, France, pp. 2532-2534 2002. “Vacuum
• F. Burri, M. Fertl, and et al., “Copper coated carbon fiber reinforced plastics for high and ultra-high vacuum applications”, Journal of vacuum science and technology, Volume 101, pp. 212-216, 2013.
• Y.C. Kang, D. A. Milovancev, and et al., “Ultra-high vacuum investigation of the surface chemistry of zirconium”, Journal of Nuclear Materials, Volume 281, pp. 57-64, 2000.
• Imbaud, and Abbe, P, “Advances in development of quartz crystal oscillators at liquid helium temperatures”, Cryogenics, Volume 57, pp. 104-112, Oct. 2013.
• Swietlik, “Quartz crystal unit modeling at cryogenic temperatures”, Materials Science and Engineering, Volume 177, Issue 15, pp. 1254-1260, Sep. 2012. 02/01/2015.