CN100427912C - 具有高抗干扰能力的快响应电离真空计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高抗干扰能力的快响应电离真空计，它包括电离真空规、控制电源和隔离变压器，其中电离真空规包括收集极、栅极、调制极、灯丝和真空封接引线法兰，收集极、栅极和调制极采用平板电极结构；电离真空规装在屏蔽罩内，电离真空规与控制电源之间通过屏蔽电缆连接。本发明所述的快响应电离真空计具有3.5毫秒的快响应速度和极强的抗干扰能力，可以在诸如托卡马克装置内部的强磁场、高温度等离子体附近、微波加热功率600kW的环境下正常工作，克服了普通电离真空计不能在强磁场和高粒子以及强电磁场的环境下工作的缺点，可对托卡马克装置放电其间中平面处和偏滤室的中性气体压强进行原位快速测量。

Description

具有高抗干扰能力的快响应电离真空计
技术领域
本发明涉及一种能在诸如核聚变装置内的强磁场、高能粒子、强电磁波(软、硬X射线、微波和强光等)环境下原位测量快速变化的中性气体压强或者中性粒子密度的设备，特别是一种具有高抗干扰能力的快响应电离真空计。
背景技术
通常情况下，中性气体压强可以用普通商用电离真空规或冷规进行测量。但在托卡马克聚变装置中，由于偏滤器室内的强磁场(＞1T)，普通的热阴极电离规无法在如此高的磁场下工作，而能在磁场下工作的冷阴极潘宁规(冷规)抗高能粒子以及强大的电磁干扰的能力较差，而且冷规特有的放电电流与压强的滞后现象、放电不稳定性、对污染敏感等，使得冷规长期工作的稳定性和重复性较差，不能满足实验要求。通过管道外置的普通真空规的测量方法，由于管道效应等原因，不能快速、真实地反映等离子体周围或偏滤器室内的中性气体压强。在本发明之前，国内的托卡马克聚变装置内的中性气体的原位诊断都是使用安装在抽气管道上或者通过管道引至装置外部弱磁场处的普通商用电离真空规及其控制电源对中性气体压强进行测量，这种测量方法最大误差可达一个数量级以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在诸如核聚变装置内的强磁场、强电离、高能粒子、强电磁波(软、硬X射线、微波和强光等)环境下原位测量快速变化的中性气体压强或者中性粒子密度的具有高抗干扰能力的快响应电离真空计。
本发明的技术方案如下：具有高抗干扰能力的快响应电离真空计，它包括电离真空规、控制电源和隔离变压器，其中电离真空规包括收集极、栅极、调制极、灯丝和真空封接引线法兰，收集极、栅极和调制极采用平板电极结构；电离真空规装在屏蔽罩内，电离真空规与控制电源之间通过屏蔽电缆连接。
上述快响应电离真空计，其所述的电离真空规的调制极设在灯丝与栅极之间，灯丝直径在0.4-0.8mm之间，灯丝采用直流供电方式，电离真空规外加的屏蔽罩为不锈钢屏蔽罩；所述的控制电源外加屏蔽盒，控制电源外加的屏蔽盒为铁屏蔽盒；所述的隔离变压器对电离真空规和控制电源进行悬浮方式供电。
本发明的效果在于：本发明的具有高抗干扰能力的快响应电离真空计具有3.5毫秒的快响应速度和极强的抗干扰能力，可以在诸如托卡马克装置内部的强磁场(2.5T)、高温度等离子体附近(等离子体电流400kA，等离子体密度6×1019m-3，电子温度＞1keV)、微波加热功率600kW的环境下正常工作，克服了普通电离真空计不能在强磁场和高粒子以及强电磁场的环境下工作的缺点，对托卡马克装置放电其间中平面处和偏滤室的中性气体压强进行原位快速测量，获得了大量物理实验数据，并且成为装置实验中基本运行参数的诊断项目之一。
附图说明
图1快响应电离真空计结构示意图；
图中1.收集极；2.栅极；3.调制极；4.灯丝；5.屏蔽罩；6.真空封接引线法兰；7.屏蔽电缆；8.控制电源；9.屏蔽盒；10.隔离变压器。
图2普通电离真空计和本发明的快响应真空计测量结果的比较；
图中(1)普通电离真空计的测量结果；(2)本发明的快响应电离真空计的测量结果。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明快响应电离真空计作具体描述：
本发明具有高抗干扰能力的快响应电离真空计包括电离真空规、控制电源8和隔离变压器10。其中电离真空规包括收集极1、栅极2、调制极3、灯丝4和真空封接引线法兰6。收集极1、栅极2和调制极3采用平板电极结构，这样可以降低磁场和安装方向对电离规灵敏度的影响，使得电离真空规对磁场强度和磁场方向的敏感度最小；调制极3设在灯丝4与栅极2之间，用来调制发射电子流和收集极接收的离子流，降低高能粒子以及外界的干扰；灯丝4直径在0.4-0.8mm之间，采用直流供电方式，解决了电离真空规灯丝在强磁场中所受的电动力问题；电离真空规装在不锈钢屏蔽罩5内，屏蔽罩5屏蔽高能粒子，进一步降低高能粒子的干扰。另外，电离真空规与控制电源8之间通过屏蔽电缆7连接；还采用了铁质屏蔽盒9对控制电源8进行有效地屏蔽；隔离变压器10对电离真空规和控制电源8进行悬浮方式供电，降低来自空间的电磁场和电网的干扰。
用本发明所提供的快响应电离真空计测量时，电离真空规通过真空封接引线法兰6直接安装在需要测量的位置，如聚变装置的真空室壁或者真空室内部，通过测量离子流与电子流给出中性气体的压强。该快响应电离真空计具有3.5毫秒的快响应速度和极强的抗干扰能力，测量范围1×10-5～1.5Pa，可以在诸如托卡马克装置内部的强磁场(2.5T)、高温度等离子体附近(等离子体电流400kA，等离子体密度6×1019m-3，电子温度＞1keV)、微波加热功率600kW的环境下正常工作，对托卡马克装置放电其间主真空室中平面处和偏滤室的中性气体压强进行原位快速测量，获得了大量物理实验数据，并且成为装置实验中基本运行参数的诊断项目之一，为提高HL-2A装置物理实验水平，装置安全运行以及HL-2M的设计建造提供了重要实验依据。
用本发明所提供的快响应电离真空计进行测量，电离真空规直接安装在托卡马克装置主真空室的中平面处和偏滤器室上，在环向场2.5T，等离子体电流400kA，等离子体密度6×1019m-3，电子温度1keV以上的孔栏位型和偏滤器位型放电下，对主等离子体周围和偏滤器室内快速变化的中性气体压强进行了原位测量与研究。图2给出了用普通电离真空计(1)和用本发明提供的快响应电离真空计(2)测量结果的比较。可见用普通商用真空计无法给出装置内部真实的中性气体压强变化。

Claims (4)

1.具有高抗干扰能力的快响应电离真空计，它包括电离真空规、控制电源(8)和隔离变压器(10)，电离真空规包括收集极(1)、栅极(2)、调制极(3)、灯丝(4)和真空封接引线法兰(6)，收集极(1)、栅极(2)和调制极(3)采用平板电极结构，电离真空规装在屏蔽罩(5)内，其特征在于：电离真空规与控制电源(8)之间通过屏蔽电缆(7)连接；隔离变压器(10)对电离真空规和控制电源(8)进行悬浮方式供电；所述的电离真空规外加的屏蔽罩(5)为不锈钢屏蔽罩；所述的控制电源(8)外加铁屏蔽盒(9)。
2.按照权利要求1所述的快响应电离真空计，其特征在于：所述的电离真空规的调制极(3)设在灯丝(4)与栅极(2)之间。
3.按照权利要求1或2所述的快响应电离真空计，其特征在于：所述的电离真空规的灯丝(4)直径在0.4-0.8mm之间。
4.按照权利要求1或2所述的的快响应电离真空计，其特征在于：所述的电离真空规的灯丝(4)采用直流供电方式。
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