四極質譜計氣體分析與測量系統的研制

2013-04-09 蔡 瀟 核工業西南物理研究院

  介紹了為開展漏孔檢測、氘-氦分辨性能及真空檢漏技術等相關實驗研究而進行的四極質譜計分析與測量系統的研制,描述了真空室結構、抽氣設備的選型、測量儀器的選擇及控制保護子系統工作方式。對系統進行了包括極限真空、殘余氣體質譜分析、漏放氣率、質譜計性能等測試,結果表明本系統達到了設計要求。

  國際熱核聚變實驗堆(ITER)是目前國際核聚變研究領域正在規劃建造的托卡馬克裝置。它擁有全球最大、最復雜的高真空系統,其體積達到了4600m3,并且在建成后將進行氘氚核聚變反應研究。由于真空檢漏所使用的示蹤氣體氦與氘、氚的質量數十分接近,檢漏系統的靈敏度將受到真空室器壁所釋放氫同位素的嚴重干擾,通用的氦質譜真空檢漏方法難以完全滿足ITER 以及未來聚變堆的實驗運行需要。ITER 的真空檢漏系統采用了具有分辨氦和氫同位素能力的高分辨質譜分析檢漏技術,并通過設計壓縮采樣抽氣系統實現對氫同位素氘的抑制。因此,建立一套四極質譜分析與測量系統,開展漏孔檢測,氘、氦分辨性能及真空檢漏技術等相關實驗研究,對掌握高分辨質譜分析檢漏技術和工藝,提高我國大型托卡馬克乃至未來聚變堆的工程設計和制造能力有著重要的意義。

2、四極質譜分析與測量系統

  http://bjjyhsfdc.com/vacuum-measure/mass-spectrum/042951.html

3、氣體分析系統性能測試實驗

  http://bjjyhsfdc.com/vacuum-measure/mass-spectrum/042952.html

4、結論

  通過四極質譜分析與測量系統性能實驗,得到了系統極限真空為7.3×10-7Pa,真空室24h 漏放氣率為9.4×10-9Pa·m3·s-1,為開展漏孔檢測,氘、氦分辨性能及真空檢漏技術等相關研究提供了較好的實驗平臺。用3 種氣體對四極質譜計進行了靈敏度、線性、質量刻度、分辯本領性能測試,通過對測試數據分析,所用EXTORR XT100 型質譜計能夠滿足系統殘余氣體分析的要求。

參考文獻:

  [1] 達道安, 邱家穩. 真空設計手冊第3 版 [M]. 北京: 國防工業出版社, 2004.
  [2] 王曉冬, 巴德純, 張世偉, 等. 真空技術 [M]. 北京:冶金工業出版社, 2006.
  [3] Frattolillo A, Ninno AD. A powerful tool to quantitatively detect tiny amounts of 4He in a deuterium rich background for fusion research [A].   Proceedings of the 22nd IEEE Symposium on Fusion Engineering [C]. 234 核聚變與等離子體物理 第32 卷Albuquerque, NM, 2007.
  [4] Hiroki S, Ladd P, Shaubel K, et al. Leak detection system in ITER [J]. Fusion Engineering and Design, 1999, 46: 11–26.
  [5] 李得天, 李正海, 馮焱等. 分壓力質譜計校準裝置的研制 [J]. 真空科學與技術, 2001, 21(3): 237.241.