Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
VACUUM CHAMBER FOR UNDULATORS, VACUUM CHAMBER MANUFACTURING PROCESS AND VACUUM TUBE FURNACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/000053
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention describes a vacuum chamber for short-period delta undulators. Specifically, the present invention comprises a vacuum chamber designed to occupy very small spaces, to be applied to short-period delta undulators, used in other applications where there are space restrictions, decoupled from magnets, and which operates at ambient temperature, with an efficient cooling system, comprising a thin-walled tube and metal plates that combined form part of the cooling system through thermal conduction by a cooling fluid. The present invention pertains to the fields of physics, mechanical and materials engineering and to the field of components for particle accelerators.

Inventors:
SERAPHIM RAFAEL MOLENA (BR)
DEFAVARI RAFAEL (BR)
DA ROCHA THIAGO MENDES (BR)
FRANCISCO FERNANDA REGINA (BR)
PEREIRA VÍCTOR FERRINHO (BR)
PARISE RICARDO LUIZ (BR)
KAKIZAKI DANIEL YUKIO (BR)
DA SILVA MILTON BATISTA (BR)
FERRAZ REGINALDO DE OLIVEIRA (BR)
GOMES GUSTAVO ROSSIGNATTI (BR)
DE TOLEDO BEATRIZ MORELLI RAMOS (BR)
Application Number:
PCT/BR2023/050219
Publication Date:
January 04, 2024
Filing Date:
June 28, 2023
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
CNPEM CENTRO NAC DE PESQUISA EM ENERGIA E MATERIAIS (BR)
International Classes:
H05H7/00; F16L9/02; G21K1/093; H01F6/04; H05H13/00; H05H13/04
Foreign References:
US20170184975A12017-06-29
CN108150730A2018-06-12
Other References:
ANONYMOUS: "5.2. Projeto Sirius", RELATORIO ANUAL 2020 DO CENTRO NACIONAL DE PESQUISA EM ENERGIA E MATERIALS - CNPEM, CONSELHO DE ADMINISTRACAO EM REUNIAO ORDINARIA, BRAZIL, Brazil, pages 251 - 312, XP009552009, Retrieved from the Internet
ANONYMOUS: "RELATÓRIO SEMESTRAL 2021", CNPEM, 26 August 2021 (2021-08-26), XP093122057, Retrieved from the Internet [retrieved on 20240122]
Attorney, Agent or Firm:
BARBOSA, Pablo (BR)
Download PDF:
Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. Câmara de vácuo (1 ) para onduladores delta de período curto caracterizada por compreender ao menos: a. uma região interna sob vácuo delimitada por um canal de paredes finas (1.1 ) cuja seção transversal possui geometria quadrilateral; b. ao menos uma chapa (3) de material condutor de calor associada a ao menos uma aresta do canal de paredes finas (1.1 ), prolongando-se em direção a uma região se afastando do canal de paredes finas (1.1); e c. ao menos um sistema de troca térmica associado a chapa (3).

2. Câmara de vácuo (1 ), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo sistema de troca térmica compreender uma tubulação (4) de passagem de fluido de arrefecimento, em que a referida tubulação (4) é associada à chapa (3) em uma extremidade oposta à extremidade na qual a referida chapa (3) é associada ao canal de paredes finas (1.1 ).

3. Câmara de vácuo (1 ), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pela geometria quadrilateral de seção transversal do canal de paredes finas (1.1 ) compreender uma espessura máxima menor ou igual a 1 ,0mm.

4. Câmara de vácuo (1 ), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por compreender um elemento de encaixe (2) associado às extremidades longitudinais do canal de paredes finas (1.1 ) para associação ao ondulador.

5. Câmara de vácuo (1 ), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por ser fabricada em uma liga de cobre-prata.

6. Câmara de vácuo (1 ), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo elemento de encaixe (2) ser um flange.

7. Processo de fabricação de câmara de vácuo (1) para onduladores delta de período curto caracterizado por compreender as etapas de: a. uso de um canal de paredes finas (1.1 ) com seção transversal de geometria quadrilateral, conformado mecanicamente a partir da extrusão de uma massa metálica; b. associação de ao menos uma chapa (3) a ao menos uma aresta do canal de paredes finas (1.1 ) em um forno tubular (5) à vácuo; c. associação de um sistema de troca térmica à chapa (3) de condução térmica através de um forno tubular (5) à vácuo; e d. deposição de material de recobrimento internamente à câmara de vácuo (1 ).

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela etapa de associação de um sistema de troca térmica à chapa (3) compreender a associação de uma tubulação (4) de convecção térmica à extremidade da chapa (3).

9. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender uma etapa de associação de um elemento de encaixe (2) às extremidades longitudinais do canal de paredes finas (1.1 ) através de uma etapa de solda.

10. Forno tubular (5) para soldagem de elementos à vácuo caracterizado por compreender ao menos: a. uma região (7) acessível de conferência visual do processo de soldagem no interior do forno; b. uma mesa guia (8) com roletes de condução da peça a ser preparada no forno tubular (5) à vácuo; e c. um sistema de controle e monitoramento de temperatura que registra curvas de aquecimento do interior do forno tubular (5); em que:

- a região (7) acessível é angulada em relação ao sentido da mesa guia

(8); - a mesa guia (8) sustenta um gabarito da peça final a ser produzida e o guia internamente pela extensão do forno tubular (5) à vácuo.

Description:
CÂMARA DE VÁCUO PARA ONDULADORES, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CÂMARA DE VÁCUO E FORNO TUBULAR A VÁCUO

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] O presente relatório contempla conhecimentos, informações e/ou dados confidenciais utilizáveis na indústria, comércio ou prestação de serviços, para os quais o detentor requer: a proteção estabelecida no inciso XXIX do Art. 5 o da Constituição Federal; a manutenção do status jurídico de confidencialidade/segredo; a manutenção do status físico de confidencialidade/segredo pelo tempo previsto na Lei 9.279/96, Lei da Propriedade Industrial; e os direitos previstos no Art. 195 da Lei 9.279/96. A presente invenção descreve uma câmara de vácuo para onduladores delta de curto período. A presente invenção se situa nos campos da física, engenharia mecânica e de materiais e no ramo de componentes para aceleradores de partículas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] Onduladores são equipamentos essenciais na geração de raios-X para uso científico e são a base das máquinas de luz sincrotron. O ondulador Delta é um ondulador que apresenta um ganho de magnitude do campo magnético quando instalado em máquinas que possuem um feixe de elétrons com dimensão horizontal até duas vezes maiores que a vertical. Assim, cada ondulador Delta é formado por quatro cassetes, onde estão posicionados os magnetos permanentes. Cada cassete possui acionamento independente e seu posicionamento longitudinal é ajustado para variar a energia e polarização da radiação que o feixe de elétrons gera ao passar pelo ondulador.

[03] Devido à interação magnética, há forças de atração e repulsão atuando nos cassetes. Dependendo da configuração de campo, essas forças podem chegar a mais de 30kN. Dessa forma, um dos principais requisitos de estabilidade do ondulador está relacionado com as deformações mecânicas da estrutura sob a atuação dessas forças, que não podem ultrapassar 3pm.

[04] Contudo, há ainda as restrições geométricas que impõem um limitante dimensional para as câmaras de vácuo do ondulador.

[05] Para fins de exemplificação, para um acelerador de partículas como o acelerador brasileiro Sirius, o espaço disponível para a ocupação de uma câmara de vácuo é de 7 mm x 7 mm com quatro sulcos laterais da ordem de 1 ,2 mm de largura.

[06] Estas restrições limitam alguns tipos de materiais a serem utilizados nestas câmaras, devido a impossibilidade de obtenção da matéria prima com o comprimento e perfil necessários para a fabricação das câmaras.

[07] A fim de se atender os requisitos dimensionais, mecânicos e de vácuo para as condições de operação, uma solução para a dissipação térmica da carga induzida pelos feixes de elétrons e fótons para a câmara de vácuo é necessária.

[08] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, foram encontrados os seguintes documentos que tratam sobre o tema:

[09] O documento US2017184975A1 revela um ondulador para um acelerador do tipo feixe de elétron livre que é dotado de um tubo quadrilateral para um feixe de elétrons e uma ou mais estruturas magnéticas periódicas que se estendem axialmente ao longo do tubo. Cada estrutura magnética periódica inclui uma pluralidade de ímãs e uma pluralidade de elementos ferromagnéticos passivos, os ímãs sendo dispostos alternadamente com a pluralidade de elementos ferromagnéticos passivos em uma linha que se estende em uma direção axial. O documento US2017184975A1 apresenta ainda um elemento espaçador, que é posicionado entre os ímãs e o tubo, podendo fornecer proteção contra radiação para os ímãs e o elemento espaçador apresenta ainda canais de resfriamento, por onde passa um fluido refrigerante para promover o resfriamento do tubo. Contudo, necessita de uma seção transversal maior na região do feixe, ou seja, o espaço disponível para o feixe é reduzido e o canal de água embutido reduz o espaço que deve ficar livre para o feixe, obrigando a dimensão externa ser maior para uma mesma área interna do feixe. Dessa forma, o conceito proposto pelo documento US2017184975A1 não revela uma solução que possa ser utilizada em dimensões muito reduzidas, conforme requerido por onduladores Delta de período curto.

[010] O documento CN108150730A revela uma estrutura tubular de vácuo para a passagem de luz síncrotron. A estrutura da tubulação é configurada para permitir a passagem de luz sincrotron através do vácuo em seu interior. A tubulação compreende um corpo de aço cuja espessura da parede do tubo varia de 0,1 a 1 mm e necessita ainda de estruturas produzidas em material cerâmico, em contato com a parede interna do tubo. O documento CN108150730A aponta ainda que, em uma variação proposta, o material do tubo de aço é aço inoxidável austenítico e o material da estrutura interna de cerâmica é cerâmica de alumina ou cerâmica endurecida de zircônia. Contudo, o foco do documento US2017184975A1 limita-se a evitar deformações nas câmaras de vácuo de paredes finas e seções transversais elevadas quando submetidas à vácuo.

[011] O documento WO2016131569A1 revela um tubo para feixe destinado a feixe de elétrons compreendendo uma primeira seção tendo uma superfície interna, uma camada de vácuo fornecida em uma porção da superfície interna e uma camada condutora. A camada de vácuo é disposta de modo que pelo menos uma parte da camada condutora seja exposta a um feixe de elétrons durante o uso e a camada condutora tenha uma resistência elétrica mais baixa do que a camada de vácuo. Uma camada de filme NEG (non-evaporable getters) é depositada no interior da câmara e referida como “vacuum layer"’. Entretanto, o documento WO2016131569A1 cita de maneira genérica e superficial a interação do filme NEG com a camada condutora elétrica, além de apresentar uma geometria diferente da proposta pela presente invenção, não apresentando um sistema de arrefecimento.

[012] O documento CN109842986A revela um dispositivo para luz síncrotron de ciclo rápido com uma corrente de feixe transversal homogênea. O dispositivo compreende uma pluralidade de ímãs, uma fonte de alimentação de ímã, uma tubulação de vácuo, uma unidade de diagnóstico de corrente de feixe e uma unidade de extração de íons, em que a pluralidade de ímãs é usada para aceleração dos íons e a pluralidade de ímãs compreende as variações com 2, 4 e 6 ímãs. O tubo de vácuo apresenta um tubo de aço e uma estrutura de revestimento de cerâmica disposta na parede interna do tubo de aço. É dito que o tubo de aço tem uma parede fina, mas não é especificada sua dimensão. Cada ímã é fornecido com uma perfuração por onde a câmara de vácuo passa através do ímã e os íons carregados se movem na câmara de vácuo e, ao passar pelo ímã, são submetidos à ação do campo magnético. A ênfase do documento é dada em outros componentes de um acelerador e na relação entre eles, como fontes de potência, ímãs, sistemas de injeção etc., descrevendo vagamente uma câmara de vácuo genérica. A falta do detalhamento de uma câmara de vácuo especial de seção transversal muito pequena para uso com onduladores de aceleradores de partículas evidencia a limitação do documento, além da ausência de um sistema de arrefecimento.

[013] O documento US2020357550 revela um ondulador supercondutor helicoidal dotado de um núcleo magnético cilíndrico através do qual um orifício permite a passagem de partículas carregadas. Um único fio supercondutor envolve o núcleo magnético e uma corrente elétrica pode ser fornecida ao fio supercondutor para gerar um campo magnético helicoidal periódico no orifício. O documento US2020357550 descreve um sistema de resfriamento criogênico para controlar a temperatura do ondulador supercondutor. O sistema de resfriamento criogênico pode ter um recipiente de vácuo criostato que aloja o ondulador supercondutor juntamente com outros componentes do sistema de resfriamento criogênico. Contudo, o sistema de resfriamento é disposto na carcaça do equipamento e visa promover o resfriamento do ondulador como um todo, sem a descrição de uma solução de resfriamento dedicado à câmara de vácuo, ou mesmo detalhes sobre a mesma, devendo trabalhar em temperaturas criogênicas. Assim, nota-se a ausência de uma câmara de vácuo projetada para ocupar espaços muito pequenos, usada em outras aplicações onde existe restrições de espaço, desacoplada dos ímãs, e que trabalhe em temperatura ambiente.

[014] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

[015] Desta forma, carece o estado da técnica de uma câmara de vácuo desenhada para ocupar espaços muito pequenos, usada em outras aplicações onde existem restrições de espaço, desacoplada dos ímãs, e que trabalhe em temperatura ambiente, com um sistema de arrefecimento eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[016] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de uma câmara de vácuo projetada para ocupar espaços muito pequenos, para ser aplicada a onduladores delta de período curto, usada em outras aplicações onde existem restrições de espaço, desacoplada dos ímãs, e que trabalhe em temperatura ambiente, com um sistema de arrefecimento eficiente.

[017] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta uma câmara de vácuo (1 ) para onduladores delta de período curto que compreende ao menos: uma região interna sob vácuo delimitada por um canal de paredes finas (1.1 ) cuja seção transversal possui geometria quadrilateral; ao menos uma chapa (3) de material condutor de calor associada a ao menos uma aresta do canal de paredes finas (1.1 ), prolongando-se em direção a uma região se afastando do canal de paredes finas (1.1 ); e ao menos um sistema de troca térmica associado à chapa (3) .

[018] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de câmara de vácuo (1) para onduladores delta de período curto que compreende as etapas de: uso de um canal de paredes finas (1.1 ) com seção transversal de geometria quadrilateral, conformado mecanicamente a partir da extrusão de uma massa metálica; associação de ao menos uma chapa (3) a ao menos uma aresta do canal de paredes finas (1.1 ) em um forno tubular (5) à vácuo; associação de um sistema de troca térmica à chapa (3) de condução térmica através de um forno tubular (5) à vácuo; e deposição de material de recobrimento internamente à câmara de vácuo (1 ).

[019] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um forno tubular (5) para soldagem de elementos à vácuo, o referido forno tubular (5) compreende ao menos: uma região (7) acessível de conferência visual do processo de soldagem no interior do forno; uma mesa guia (8) com roletes de condução da peça a ser preparada no forno tubular (5) à vácuo; e um sistema de controle e monitoramento de temperatura que registra curvas de aquecimento do interior do forno tubular (5); em que a região (7) acessível é angulada em relação ao sentido da mesa guia (8); e a mesa guia (8) sustenta um gabarito da peça final a ser produzida e o guia internamente pela extensão do forno tubular (5) à vácuo.

[020] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[021 ] São apresentadas as seguintes figuras:

[022] A figura 1 mostra uma concretização da presente invenção.

[023] A figura 2 mostra uma outra concretização da presente invenção.

[024] A figura 3 mostra uma concretização do elemento de encaixe da presente invenção.

[025] A figura 4 mostra uma outra concretização da presente invenção.

[026] A figura 5 mostra uma concretização do forno por indução da presente invenção.

[027] A figura 6 mostra uma concretização do forno tubular (5) à vácuo da presente invenção.

[028] A figura 7 mostra uma concretização da presente invenção.

[029] A figura 8 mostra uma concretização do processo de fabricação da presente invenção.

[030] A figura 9 mostra uma concretização da análise computacional da presente invenção.

[031] A figura 10 mostra uma outra concretização da análise computacional da presente invenção.

[032] A figura 11 mostra uma outra concretização do forno tubular (5) à vácuo da presente invenção.

[033] A figura 12 mostra uma concretização do sistema e controle de temperatura do forno tubular (5) à vácuo da presente invenção.

[034] A figura 13 mostra uma outra concretização da presente invenção.

[035] A figura 14 mostra uma outra concretização da presente invenção.

[036] A figura 15 mostra uma outra concretização da análise de microscopia eletrônica + EDS.

[037] A figura 16 mostra uma outra concretização da análise de microscopia eletrônica + EDS. [038] A figura 17 mostra uma outra concretização da análise de microscopia eletrônica + EDS.

[039] A figura 18 mostra uma outra concretização da presente invenção.

[040] A figura 19 mostra uma outra concretização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[041] A presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de uma câmara de vácuo projetada para ocupar espaços muito pequenos, para ser aplicada a onduladores delta de período curto, usada em outras aplicações onde existem restrições de espaço, desacoplada dos ímãs, e que trabalhe em temperatura ambiente, com um sistema de arrefecimento eficiente. As descrições que se seguem são apresentadas de forma não limitativas ao escopo da invenção e farão compreender de forma mais clara o objeto do presente pedido de patente.

[042] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta uma câmara de vácuo (1 ) para onduladores delta de período curto que compreende ao menos: uma região interna sob vácuo delimitada por um canal de paredes finas (1.1 ) de geometria quadrilateral de sua seção transversal; ao menos uma chapa (3) de material condutor de calor associada a ao menos uma aresta do canal de paredes finas (1.1 ), prolongando-se em direção a uma região se afastando do canal de paredes finas (1.1 ); e ao menos um sistema de troca térmica associado à chapa (3.

[043] Em uma concretização, a câmara de vácuo (1) contém um sistema de troca térmica que compreende uma tubulação (4) de passagem de fluido de arrefecimento, em que a referida tubulação (4) é associada à chapa (3) em uma extremidade oposta à extremidade na qual a referida chapa (3) é associada ao canal de paredes finas (1.1 ). [044] Em uma concretização, geometria quadrilateral de seção transversal do canal de paredes finas (1.1 ) da câmara de vácuo (1) compreende uma espessura máxima de 1 ,0mm.

[045] Em uma concretização, a espessura máxima do canal de paredes finas (1.1 ) é de 0,5mm. Em uma concretização preferencial, a espessura máxima do canal de paredes finas (1.1 ) é de 0,25mm.

[046] Em uma concretização, o canal de paredes finas (1.1 ) segue a razão do diâmetro (D) pela espessura (t) de um tubo de parede fina que, por definição, tem um valor maior ou igual a 20.

[047] Em uma concretização, a câmara de vácuo (1) compreende a associação de um elemento de encaixe (2) às extremidades longitudinais do canal de paredes finas (1.1). Em uma concretização, o elemento de encaixe (2) é um flange. Em uma concretização, o elemento de encaixe (2) é associado ao canal de paredes finas (1.1 ) por solda.

[048] Em uma concretização, a câmara de vácuo (1 ) é fabricada em uma liga de cobre-prata.

[049] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de câmara de vácuo (1) para onduladores delta de período curto que compreende as etapas de: uso de um canal de paredes finas (1.1 ) de geometria quadrilateral de sua seção transversal, conformado mecanicamente a partir da extrusão de uma massa metálica; associação de ao menos uma chapa (3) a ao menos uma aresta do canal de paredes finas (1.1 ) em um forno tubular (5) à vácuo; associação de um sistema de troca térmica à chapa (3) de condução térmica através de um forno tubular (5) à vácuo; e deposição de material de recobrimento internamente à câmara de vácuo (1 ).

[050] Em uma concretização, a etapa de associação de um sistema de troca térmica à chapa (3) compreende a associação de uma tubulação (4) de convecção térmica à extremidade da chapa (3). [051] Em uma concretização, a massa metálica compreende uma liga de cobre-prata.

[052] Em uma concretização, o processo da presente invenção compreende uma etapa de associação do elemento de encaixe (2) às extremidades longitudinais do canal de paredes finas (1.1). Em uma concretização, o elemento de encaixe (2) é associado às extremidades do canal de paredes finas (1.1) através de uma etapa de solda.

[053] Em uma concretização, a etapa de solda do elemento de encaixe (2) é realizada em um forno por indução (6) com aquecimento local sob vácuo.

[054] Em uma concretização, a etapa de deposição de material de recobrimento internamente ao canal de paredes finas (1.1 ) compreende um material absorvedor de gases não-evaporável (NEG - non-evaporable getters).

[055] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta forno tubular (5) à vácuo que compreende ao menos: uma região (7) acessível de conferência visual do processo de soldagem no interior do forno; uma mesa guia (8) com roletes de condução da peça a ser preparada no forno tubular (5) à vácuo; e um sistema de controle e monitoramento de temperatura.

[056] Em uma concretização, a região (7) acessível é angulada em relação ao sentido do comprimento da mesa guia (8) e, dessa forma, também angulada em relação ao sentido do comprimento do forno tubular (5) à vácuo. A angulação da região (7) é projetada a fim de permitir a visualização da fusão do material de adição da peça a ser preparado no forno tubular (5) durante o processo de soldagem.

[057] Em uma concretização, a mesa guia (8) com roletes sustenta um gabarito da peça final a ser produzida e o guia internamente pela extensão do forno tubular (5) à vácuo.

[058] Em uma concretização, o sistema de controle e monitoramento registra curvas de aquecimento. [059] Em uma concretização, a operação sob vácuo do forno tubular (5) à vácuo protege a peça durante o processo de solda.

[060] Em uma concretização, a geometria do forno tubular (5) à vácuo gera um aporte térmico eficiente e homogêneo em todo o comprimento do dito forno. O referido forno possui diferentes zonas de aquecimento e o controle é feito de maneira independente.

[061] Em uma concretização, os componentes são colocados em um gabarito para o posicionamento das peças que adentram o forno tubular (5) à vácuo.

EXEMPLO 1 - CÂMARA DE VÁCUO PARA ONDULADORES DELTA DE PERÍODO CURTO

[062] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

[063] Dado o exemplo abaixo, é citado o estado da técnica a partir do projeto Sirius, fonte de luz síncrotron brasileira, e discorrida a proposta de solução quando consideradas as limitantes físicas geométricas e dimensionais e impactos termomecânicos.

[064] Os projetos magnético e mecânico dos Onduladores Delta 22 do Sirius impõem restrições geométricas e um limitante dimensional para as câmaras de vácuo do ondulador.

[065] O espaço disponível para a ocupação dessa câmara de vácuo é de 7 mm x 7 mm com quatro sulcos laterais da ordem de 1 ,2 mm de largura, à exemplo da figura 7. Estas restrições limitam alguns tipos de materiais a serem utilizados nestas câmaras, devido a impossibilidade de obtenção da matéria prima com o comprimento e perfil necessários, por exemplo 2600 mm, para a fabricação das câmaras.

[066] Realizadas as simulações computacionais e definidas áreas de Beam Stay Clear (BSC) - regiões ocupadas pelo feixe de elétrons onde não deve haver interferência mecânica com as paredes internas ou qualquer outro componente no interior das câmaras de vácuo, a câmara passa a ter uma restrição de 0,25 mm de espessura máxima, de modo a não invadir a região de BSC.

[067] A liga metálica de Cu-Ag tem como vantagem apresentar uma maior resistência termomecânica em relação ao cobre convencional. Em uma concretização preferencial, de maneira não limitante, pelas vantagens descritas acima, a presente invenção utiliza a liga C10700. Desta maneira, após os aquecimentos inerentes ao processo de ativação dos filmes NEG (non-evaporable getters) e aos processos de solda necessários para a fabricação completa da câmara, tem-se um material com resistência mecânica final maior do que uma câmara feita em cobre ETP / OFHC.

[068] A fim de se atender os requisitos dimensionais, mecânicos e de vácuo para as condições de operação, uma solução para a dissipação térmica, da carga induzida pelos feixes de elétrons (corrente imagem) e fótons (luz sincrotron emitida pelo dípolo a montante), para a câmara de vácuo, é necessária, sendo os casos de convecção natural e forçada de ar diretamente sobre a câmara descartados devido ao pouco espaço entre a câmara e os ímãs que dificulta a circulação de ar, e, por consequência, limita a troca térmica.

[069] Assim, conforme ilustrado pela figura 9, a simulação computacional de uma câmara de cobre de 1400 mm de comprimento considerando apenas corrente induzida pelo feixe de elétrons de 100 mA. O feixe do dipolo não incide na câmara diretamente e a refrigeração é realizada apenas por convecção natural.

[070] A figura 10 apresenta uma câmara de Cobre de 2400 mm de comprimento com refrigeração por convecção forçada e feixe de fótons de dipolo, com uma corrente de feixe de elétrons de 350 mA, incidente diretamente na câmara. A densidade de potência proveniente do dipolo é de 0,1 W/mm 2 em toda a câmara, além de uma carga térmica de 0,4 W para a corrente imagem induzida pelo feixe de elétrons.

[071] Portanto, a proposta de uma solução de troca térmica por convecção por meio de circulação de água de refrigeração é descrita adiante. Para que haja espaço necessário para instalação de um sistema de arrefecimento por água de refrigeração são adicionadas chapas de cobre com a função de efetuar a transferência térmica entre a câmara e os tubos de refrigeração por meio de condução. Desta maneira, o calor é transferido para regiões livres de interferência mecânica, de modo a se efetuar uma refrigeração eficiente.

[072] O Cobre ETP garante uma resistência mecânica satisfatória e o processo de dobra/conformação para receber os tubos por onde passam a água de refrigeração confere uma geometria favorável à dissipação dos esforços mecânicos sofridos peça.

[073] A união destas chapas lateralmente a tubos de cobre previamente extrudados e já estanques para vácuo, é feita através de solda com material de adição ou através do método de conformação de duas chapas metálicas, compondo cada uma a metade da câmara, soldadas de modo a se obter uma câmara fechada e estanque para vácuo.

[074] Contudo, pela simplicidade e menor número de etapas, este exemplo foca no desenvolvimento do método de união lateral das chapas de refrigeração à câmara de vácuo.

[075] Neste processo, incialmente é brasado um flange de aço inoxidável ao tubo de perfil quadrado, com um material de preenchimento (solda) de temperatura de fusão da ordem de 780°C (Cusil) em forno de indução sob vácuo, para prover um aquecimento localizado e minimizar o recozimento de toda a câmara.

[076] Em uma segunda etapa, as soldas das chapas laterais ao tubo central e aos tubos de refrigeração laterais são feitas simultaneamente, com um material de preenchimento de temperatura de fusão da ordem de 220°C (SN100CV), em forno tubular por aquecimento resistivo sob vácuo.

[077] Esta liga de adição foi escolhida por seu baixo ponto de fusão permitir que o impacto térmico nas propriedades mecânicas do cobre durante o processo de solda seja minimizado. Além disso, a liga apresenta resistência satisfatória a ciclagens térmicas, importante para suportar as ativações dos filmes NEG durante o uso das câmaras.

[078] Em mais detalhes, a primeira etapa citada no parágrafo [0075] consiste na solda do flange de aço inoxidável (liga F138) com o tubo extrudado de Cu-Ag. Ambas as peças são montadas e alinhadas de forma a se garantir o posicionamento final, e então adicionado o metal de solda na junção das peças.

[079] O conjunto é levado a um forno à vácuo onde o flange e tubos são aquecidos localmente através de uma bobina de indução até o ponto de fusão do metal de adição, que, ao solidificar, garante a solda e união das peças.

[080] A vantagem do processo por indução é o aquecimento localizado. A região do tubo afetada pela temperatura é apenas localmente próxima ao flange, permitindo que o impacto do aquecimento na sua resistência mecânica seja minimizado globalmente.

[081] Após a solda do flange, a peça está pronta para o processo de união das chapas de refrigeração laterais, que é realizado em um forno tubular (5) à vácuo com 3 metros de comprimento no processo de solda das câmaras dos onduladores delta 22.

[082] O forno opera sob vácuo de modo a proteger a peça da oxidação durante o processo da solda. Com um forno nesta geometria, consegue-se um aporte térmico eficiente e homogêneo em todo o comprimento da câmara.

[083] Dentre as características do forno tubular (5) à vácuo, são feitas a adição de fita de aquecimento, adição de lã de vidro na região central e isolamento térmico do pescoço e região de acesso para visualização do processo de solda em tempo real (“viewport’), mostrados na figura 6, além de termopares encapsulados montados próximos às fitas de aquecimento, conforme ilustrado na figura 12.

[084] Os componentes são colocados em um gabarito que garante o posicionamento das peças antes de ir ao forno. Entre elas, é colocado o material de adição em forma de fita entre a chapa e tubos redondos e em forma de fio entre as chapas e o tubo quadrado.

[085] Os fios de solda são trefilados até atingir o diâmetro de 0,5 mm, esse diâmetro permite que o menisco formado não interfira na geometria final da câmara dentro dos imãs. Em uma concretização, a presente invenção utiliza fios de solda SnlOOCV.

[086] Os componentes são levados ao forno e aquecidos até a temperatura de fusão do material de preenchimento, que ao fundir molha as peças em contato e promove a união/solda após solidificado.

[087] Para a inserção e remoção dos gabaritos que carregam as câmaras a serem soldadas dentro do forno, uma mesa interna de modo a suportar o gabarito em todo o seu comprimento, com roletes, é utilizada, conforme ilustrado na figura 11.

[088] Desta forma é possível o manuseio e posicionamento correto das peças dentro do forno sem esforços mecânicos demasiados/interferências, de modo a prevenir possíveis danos a estrutura interna do forno ou gabarito de apoio/peças a serem soldadas.

[089] Após a solda dos componentes, a câmara é submetida a um processo de limpeza que é compatível com tecnologia de ultra alto vácuo e preparatório para a deposição do filme NEG. Esse processo de limpeza consiste, primeiramente, em circular um detergente alcalino no interior do canal quadrilateral e, finalmente, em circular uma solução ácida de decapagem de cobre. Entre e após as etapas de circulação, enxaguasse a câmara com água desmineralizada.

[090] Após o processo de limpeza, a câmara é submetida a um processo de deposição NEG, que confere um filme interno à câmara que funciona como uma bomba de vácuo passiva. Este processo tem inúmeras complicações quando aplicado a câmaras de diâmetros pequenos e longos comprimentos.

[091] A figura 15 mostra imagens realizadas no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) sobre a morfologia, espessura e composição química do filme de NEG após a deposição. Ainda, nas figuras 16 e 17 são demonstrados o recobrimento e a mínima espessura suficientes para operação.

[092] Em uma última etapa, testes de movimentação dos ímãs de modo a verificar as interferências e danos na câmara durante a operação do ondulador com um filme fino de poliimida é testado como interface redutora de atrito entre a câmara e magnetos para minimizar as possíveis forças geradas no tubo de cobre devido à movimentação dos cassetes magnéticos do ondulador, para uma operação correta e segura do ondulador. Neste sentido, a figura 18 ilustra um teste com um tubo quadrado realizado durante uma etapa de desenvolvimento da presente invenção.

[093] A figura 19 ilustra um teste com um tubo quadrado que mostra o conjunto de onduladores, imãs, componentes de encaixe e montagem e a câmara de vácuo envolta em filme fino de poliimida todos associados como resultado do processo descrito nesse exemplo.

[094] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.