Импульсный напуск газа
advertisement
С.В. Полосаткин ТПЭ Вакуумная техника Полосаткин Сергей Викторович, тел.47-73 пятница, 10.45 – 12.20 http://www.inp.nsk.su/students/plasma/sk/tpe.ru.shtml Вакуумные измерения Сверхвысокий вакуум Высокий вакуум Низкий вакуум Деформационные манометры Пьезорезистивные манометры Емкостные манометры Термопарные Теплоэлектрические Ионизационные Магниторазрядные Масс-спектрометр 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 P (Па) 100 1+2 10+4 Деформационные мановакууметры (трубка Бурдона) Абсолютные или относительные 1 – 105 Па Не зависят от сорта газа Пьезорезистивные мановакууметры APLISENS PC-28 Абсолютные или относительные 0-2,5*103 … 0-105 Па Линейная зависимость от давления Погрешность 0,4 – 1% Не зависят от сорта газа Емкостной манометр Баратрон (MKS instruments) 10-4 – 105 Па Точность 0,12 % 10-9 кг/см2 - 1 мкг/см2 ~ 10 нм ~ 30 монослоев Тепловые манометры Разные газы имеют разную градуировку (теплопроводность зависит от сорта газа) 0.1 – 105 Па MicroPirani (MKS inst. 925) 10-3 – 105 Па Ионизационные манометры Лампа Байарда-Альперта Ic=S*Ie*n S – чувствительность ~10-3 А/Па (ПМИ-27) Измеряемый сигнал зависит от сорта газа Можно проводить быстрые измерения Магниторазрядные манометры Разряд с холодным катодом Напряжение 1-4 кВ Ток разряда пропорционален давлению (до 10-10 Па) Широкодиапазонные вакууметры Совмещают несколько ламп Диапазон до 10-10 -105 Па Выходное напряжение пропорционально логарифму давления Pfieffer PKR 251 PПа 10 1.67U В 9.33 Поиск течей Методы течеискания 1. Компрессионный -нагнетание воздуха при Р>Ратм 2. Люминесцентный 3. Искровой 4. Манометрический (контролирует проникновение по манометру при проникновении пробного вещества /спирт, бензин, вода, ацетон/ ) Для форвакуума 5. Галогенный 6. Масс-спектрометрический Гелиевый течеискатель Гелий: 1. Низкая концентрация в воздухе (0,0005%) 2. Отсутствуют другие вещества с массой 4 3. Высокая проницаемость и большая скорость 4. Безопасность PICO vacuum leak detector (MKS instruments) – 7 кг Масс-спектрометр (A) RELATIVE INTENSITY Масс-спектрометр Непрогревная камера без течей H2 O N2,, CO H2 CO2 (B) RELATIVE INTENSITY MASS NUMBER (A.M.U.) N2 Камера с течью H2 O O2 H2 CO2 MASS NUMBER (A.M.U.) Масс-спектры 1.2 x 10 -8 1 Низкий вакуум 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 x 10 5 10 15 20 25 30 35 40 -9 0.8 Высокий вакуум 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 С.В. Полосаткин ТПЭ Системы напуска газа Полосаткин Сергей Викторович, тел.47-73 пятница, 10.45 – 12.20 http://www.inp.nsk.su/students/plasma/sk/tpe.ru.shtml Системы напуска газа Обеспечивает напуск газа для создания плазмы с требуемой плотностью -в закрытом состоянии не должна нарушать вакуум -обеспечивать изменение давления в широком диапазоне (несколько порядков) Системы стационарного и импульсного напуска Стационарный напуск (натекатели) Механические Игольчатый Щелевой Условное отверстие 1,2 мм – мин.поток 3·10-4 л·Па/c Недостатки: сложность изготовления, нестабильность, люфт Стационарный напуск (натекатели) Swagelok Параметры: Cv=0.004 – 0.15 D= 0.1 – 3 мм D – эффективный диаметр отверстия Cv – поток воды US галлоны/мин при перепаде давления 1 PSI 28 Q л / м ин 3273 Сv pбар A T A – молярная масса газа Q л / мин 240 D 2 мм 28 pбар A T Диффузионные натекатели Избирательная проницаемость материалов для различных газов Водород – палладий, палладий-серебро Кислород - серебро Гелий – кварц, пирекс Азот - железо Селективный реверсируемый натекатель водорода www.pulsetech.ru Mass-flow controller Контролируемый поток газа в камеру Поток 0-10 ст.см3/мин Mass-flow controller Контроль концентрации газа QТ Натекатель V Объем QТ p S p1 Q Трубопровод Насос p2 Vн Контроль концентрации газа Натекатель Контроллер QТ V Объем QТ p S p1 QT Трубопровод Насос p2 Vн Вакууметр Контроль концентрации газа Натекатель Контроллер QТ V Объем QТ p S p1 Вакууметр Вентиль Трубопровод p2 Vн Насос Импульсный напуск газа Импульсные клапаны: -термодиффузионные -электромагнитные -электродинамические -пьезоэлектрические Импульсный напуск газа термодиффузионные клапаны – на основе палладиевых натекателей Быстрый нагрев – до 1019 атомов водорода, скорость нарастания 1 мс Нагрев титанового порошка Voronin A.V. and Hellblom K.G. 2001 Plasma Phys. and Controlled Fusion 43 (11) 1583 Импульсный напуск газа Электродинамические клапаны t~10 мкс Пьезоэлектрические клапаны 0,02 – 500 ст.см3/мин Импульсный напуск газа Электромагнитные клапаны Параметры: -ток открывания -ток удержания Деревянкин Г., Дудников В., Журавлев П. Электромагнитный затвор для импульсного напуска газа. // ПТЭ— 1983— N.5.—С.168. Импульсный напуск газа Электромагнитные (соленоидальные) клапаны Predyne время срабатывания 5-10 мс Импульсный напуск газа (ГОЛ-3) концентрация, 1014 атомов/cм3 1000 100 10 1 0.1 0 2 4 6 8 10 12 Расстояние до входной пробки, м 14 ге н е р а то р п у ч к а У -2 п л а з м а л е н то ч н ы й д и о д го ф р и р о в а н н о ес ы х о д н о й о л е н о и дв м а гн и тн о е п о л е у з е л концентрация, 1014 атомов/см3 40 30 553 см 20 1 10 4 2 3 304 см 0 0 200 400 600 800 время, мс 1000 1200 1400 Напуск газа (ГДЛ) Напуск газа на ось – кварцевая трубка Газовая коробка (gas box) При диссоциации молекулы водорода – Франк-Кондоновские атомы (E~2 эВ) Системы распределения газа Часть газовой системы нейтрального инжектора (Swagelok) Газовые шкафы (Norcimbus) Напуск газа (JET) Gas Matrix P&ID Peizo Valve Peizo Valve Flow Characteristics Эффективность напуска Для больших установок эффективный метод – пеллет-инжекция Пеллет-инжекция Водородные таблетки (пеллеты) замораживаются при T=4 К, вырезаются и инжектируются в плазму Vinj – до 5 км/с, 0,26 г/c В.В.Поступаев. Работы по инжекции макрочастиц в плазму на установке ГОЛ-3 Инжекционный метод создания плазмы •пеллет-инжектор разработан в СПбГПУ, изготовление ИЯФ и СПбГПУ; • параметры инжектора ИТВ-7: твердый водород (дейтерий), диаметр 1 мм, скорость 10-100 м/с; • основные технологическая проблема: точная синхронизация. Схема инжектора ИТВ-7 Контрольные вопросы (вакуумная техника) Обосновать применимость криосорбционного насоса на вашей установке - дома Задача в одно действие (расчет вакуумных схем) - на следующем занятии Правила работы со сжатыми газами ПБ 03-576-03 - Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением !!! Не распространяются на: сосуды вместимостью не более 25 л независимо от давления, используемые для научноэкспериментальных целей.
