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專利名稱: 利用潘寧放電區分托卡馬克殘余氣體氦與氘的光學質譜計診斷技術

文章來源: 發布時間: 2020-04-03

專利名稱: 利用潘寧放電區分托卡馬克殘余氣體氦與氘的光學質譜計診斷技術 

申 請 號 

CN201410108391.9 

申 請 日 

2014.03.22 

公開(公告)號 

CN103995047B 

公開(公告)日 

2017.04.05 

申請(專利權)人 

中國科學院等離子體物理研究所

發 明 人 

王厚銀;胡建生

專利類型 

發明專利

摘 要 

本發明公開了一種利用潘寧放電區分托卡馬克殘余氣體中氦與氘的光學質譜計診斷技術,利用D2He放電產生的低溫等離子體發射光譜的特征光譜He?ID?α波長迥異,將待測氣體D2He引入電離室,安裝在電離室一側的潘寧放電系統電離該待測氣體產生低溫等離子體,隨后分析該等離子體產生的He?I譜線和D?α光譜,進而測量出兩種氣體(HeD2)的絕對含量,實現實時監測托卡馬克中HeD2演化的診斷技術,從而解決了由于HeD2分子質量數接近(He4.003D24.028)導致商業質譜計無法區分的難題,該診斷技術為ITER以及將來DEMO上可能的原位測量He/D2提供了直接的工程和物理經驗積累。

主權項 

一種利用潘寧放電區分托卡馬克殘余氣體中氦與氘的光學質譜計診斷方法,其特征在于:利用氘氣(D2)和氦氣(He)放電產生的低溫等離子體所發射光譜的特征光譜HeIDα波長迥異進行區分D2He的診斷方法;將待測氣體D2He的混合氣體引入電離室,安裝在電離室一側的潘寧放電系統電離該待測的中性氣體產生低溫等離子體,隨后分析該等離子體產生的HeI譜線和Dα譜線,進而測量出HeD2兩種氣體的絕對含量,具體包括以下步驟:1)EAST是偏濾器位型托卡馬克裝置,診斷系統的取樣管道與EAST偏濾器連接并從EAST偏濾器區域取樣待測氣體輸送到電離室;2)、安裝在電離室一側的潘寧放電系統電離該待測氣體產生低溫等離子體;3)、電離室對稱的另一側設置有玻璃窗口和與之相連的聚焦準直透鏡組,低溫等離子體發射光從玻璃窗口射出,被聚焦準直透鏡組傳輸至光纖,經聚焦準直透鏡組準直和高透過率光纖耦合得到足夠強的光譜信號,該信號被傳送到遠離托卡馬克裝置的實驗控制室;4)、在實驗控制室內,利用半透半反膜將將該強的光譜信號進行50%50%分光,進而獲得兩路光強一致的光譜信號;兩路光譜信號分別經過兩組設置在不同光路上的準直透鏡組、干涉濾光片、聚焦透鏡組,得到兩路特定波長的HeIDα光譜信號,HeIDα特定波長的光譜信號被光電倍增管PMT接收并轉化為電信號傳輸給信號采集系統,得到反應光譜信號強度的光譜數據;5)、借助已知準確比例的He/D2混合氣體和標定后精確的真空規管對該系統進行定標,具體步驟如下:對一個內壁光潔的氣體混合儲氣罐烘烤抽氣,待真空優于1×102Pa后再連續抽氣烘烤10小時;停止烘烤,開啟氣體混合儲氣罐上連接的對氣體種類無選擇性的電容真空規管;氣體混合儲氣罐的一側分別通過減壓閥連接高純D2儲氣罐和高純He儲氣罐,純度為 99.9999%,另一側通過微調閥連接電離室,當氣體混合儲氣罐內溫度降至室溫時,利用減壓閥向氣體混合室先充入He到氣體混合室氣壓為2×104Pa,隨后充入D2到氣體混合儲氣罐氣壓為1×105Pa,得到HeD2氣壓之比為1:4的混合氣體;將該混合氣體通過微調閥送入電離室,結合經過詳細標定修正的真空規管和抽氣機組控制真空室氣壓為P并利用潘寧放電系統對其電離;隨后通過上述診斷方法測量出HeI譜線和Dα光譜強度,在此基礎上結合已知總壓PHe/D2的比例得出HeD2的分壓;重復55步驟,在5中配置不同的He/D2比例;通過上述得到數組HeD2分壓以及對應的光譜信號強度數據,經過擬合后即可獲得適用于該診斷系統的HeD2分壓與對應的光譜強度之間關系的經驗公式,托卡馬克實驗過程中通過光譜信號獲得HeD2分壓的診斷方法得以實現。

IPC信息 

IPC主分類號 

G01N27/68(2006.01)I 

IPC分類號 

G01N27/68(2006.01)I 

G 物理

     G01 測量;測試 

      G01N 借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料 

       G01N27/00 用電、電化學或磁的方法測試或分析材料 

        G01N27/62 通過測試氣體的電離,通過測試放電,例如陰極發射

          G01N27/68 利用放電使氣體電離

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