CN103995047B - 利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术 - Google Patents
利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103995047B CN103995047B CN201410108391.9A CN201410108391A CN103995047B CN 103995047 B CN103995047 B CN 103995047B CN 201410108391 A CN201410108391 A CN 201410108391A CN 103995047 B CN103995047 B CN 103995047B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- tokamak
- helium
- spectral
- deuterium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 239000001307 helium Substances 0.000 title claims abstract description 29
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 238000012631 diagnostic technique Methods 0.000 title abstract description 17
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 48
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 claims abstract description 30
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 15
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 claims 8
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 4
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 4
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 3
- 241000948897 Ploceus cucullatus Species 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000010429 evolutionary process Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010885 neutral beam injection Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术，利用D2和He放电产生的低温等离子体发射光谱的特征光谱He‑I和D‑α波长迥异，将待测气体D2和He引入电离室，安装在电离室一侧的潘宁放电系统电离该待测气体产生低温等离子体，随后分析该等离子体产生的He‑I谱线和D‑α光谱，进而测量出两种气体（He和D2）的绝对含量，实现实时监测托卡马克中He和D2演化的诊断技术，从而解决了由于He和D2分子质量数接近（He：4.003，D2：4.028）导致商业质谱计无法区分的难题，该诊断技术为ITER以及将来DEMO上可能的原位测量He/D2提供了直接的工程和物理经验积累。
Description
技术领域：
本发明涉及聚变反应堆偏滤器内中性气体测量领域，具体是利用潘宁放电产生的低温等离子体中氦气和氘气放电的特征波长不同，通过光纤、透镜组、滤光片等组合，设计实现的定量测量氦气以及氘气分压的一种技术手段。
背景技术：
在托卡马克聚变反应中无论D-D还是D-T，其部分能量都是以a粒子(经过中性化后成为氦气)形式释放出来的。为了防止反应产物(He)逐步稀释燃料并最终导致等离子体熄灭，下一代热核聚变装置(ITER)中必须以尽可能快的速度将反应生成的He抽出等离子体(He在等离子体中含量必须小于10％，否则由于燃料气体的稀释将熄灭等离子体)。ITER最新数据模拟显示必须在7～15倍的能量约束时间内将新产生的He抽出等离子体，否则将无法维持运行。从等离子体中心向外部排出反应产物a粒子(He)的速度(He清除率)将决定了等离子体放电长度，所以对于任何一个聚变装置来说He清除率的研究都是一个重要的基本课题。但是由于He(分子量：4.003)与聚变反应的燃料气体D2(分子量：4.028)的分子量差别微乎其微，所以普通质谱计根本无法区分。有一种高频回旋质谱仪可以分辨He和D2，但是它无法运行在复杂的电磁场环境下而且只能工作在10-4Pa以下的真空环境中。而托卡马克的偏滤器存在数特斯拉(T)量级的强磁场，等离子体运行时偏滤器的真空正常情况下即可上升到Pa量级等等，这些条件限制均导致目前商业质谱计无法在托卡马克中应用于监测氦氘分量。由于再循环导致He从第一壁释放，而且又缺乏直接测量He分压的诊断，这就使得无法得到He灰清除率数据。
虽然He和D2的质量数几乎相同，但是在可见光范围内的特征谱线(He-I：，D-a：)差别明显。潘宁放电一方面可以激发中性气体在本地产生低温离子体以发射对应的特征谱线，另一方面潘宁放电受磁场影响小而且在很宽的真空范围内(<5E-2Pa，结合差分系统可以到几十Pa甚至上百Pa)可以产生稳定的等离子体，这样就为利用主动激发的潘宁放电实现区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术的研究提供了必要的理论基础。一旦该诊断系统搭建并正常运行将可以直接测量出He的分压，结合已有的常规诊断就可以开展托卡马克上He灰清除率、粒子输运、壁滞留等相关偏滤器物理研究。
在EAST托卡马克装置上开发一套利用主动激发的潘宁放电实现区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断并开展相关偏滤器物理研究，将有助于进一步优化EAST偏滤器的He灰排出以及理解粒子输运等问题，这无论对EAST还是对未来聚变装置ITER来说都非常重要，并具有实际指导意义。
有效的描述ITER偏滤器对粒子控制水平依赖于对各种排出气体成份演化过程的监测，包括燃料气体(H/D/T)以及反应产生的He。普通商业质谱计无法分辨He和D2，而高速的回旋质谱计又受制于ITER的放电环境(放电环境包括强磁场～5T以及复杂的电磁辐射)无法使用，并且他们有一个共同问题即响应时间长。此外、商业质谱计无法对偏滤器进行原位测量(考虑到提高测量的响应时间，一种方法是将质谱计安装在偏滤器下面进行原位测量)。而利用主动激发的潘宁放电实现区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术是一种通过在本地产生等离子体去激发偏滤器区域的中性气体发光的光学诊断系统，对于中性气体中我们感兴趣的气体成份可以通过干涉滤光片和光电倍增管组合进行测量其强度进而反演出该气体压强。利用主动激发的潘宁放电实现区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术已经被在一些国外托卡马克上用来测量原料气体Ｄ2中Ｈe，Ｎe，Ａr等气体成份的浓度了。
目前ITER在偏滤器区域的诊断建设计划里面没有包括任何类似类型的诊断，其离装置最近的普通质谱仪(用来测量分压的通用质谱仪)是在装置下面大于10米的地方通过一个管道来对排出气体取样，因此ITER目前无法得到He分压并且响应时间较长(秒量级)。在TEXTOR，ALT-I以及ALT-II上均已经使用了该诊断并发现：He分压在1E-3到1Pa范围内，其特征谱线和对应的压强成线性关系；He的可测量最小浓度为1％；系统的时间分辨率是毫秒量级。通过进一步的校准修正，可测量的压强范围可以进一步拓展和最小浓度都可以进一步降低。JET上的实验发现：该系统可以测量的He分压范围是1E-3到1E-1Pa；其可测的最小氘氚比是0.5％。后来在DIII-D，Tore-Supra等主流托卡马克上也先后开展了相关的研究并取得了大量的实验数据。
在L模下的TEXTOR和JT-60以及ELM-H模下的JT-60U、DIII-D和ASDEXU上，都进行了中性束注入He研究偏滤器氦灰排出的模拟实验。JT-60U上的早期实验发现，对于敞开式的偏滤器无论是L模还是ELM-H模氦灰的排出都相当容易。实验还发现内部输运垒里面的He灰排出相对于势垒外的要困难一倍以上，JT-60U此时的PWR接近4。TEXTOR实验发现其He灰清楚效率约是8％，其PWR处于10到30之间。
发明内容：
本发明的目的是解决聚变反应中无论是普通的商业质谱计还是高级的回旋质谱计，均无法区分的反应燃料气体(D2)和反应产物气体(He)的问题。利用主动激发的潘宁放电实现区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术，通过主动激发潘宁放电获得的低温等离子体进而利用干涉滤光片等一系列光学设计可以实现区分He和D2，从而快速、经济、有效的实现对聚变反应中的原料气体和反应产物气体的区分。
一种利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术,包括用于产生等离子体的潘宁放电系统、准直透镜组、高透过率光纤、分光镜、准直镜组、窄带干涉滤光片、聚焦镜组、光电倍增管、数据采集处理系统，其特征在于：利用氘气(D2)和氦气(He)放电产生的低温等离子体发射特征光谱，He-I和D-α的波长迥异，将待测气体氘气(D2)和氦气(He)引入电离室，安装在电离室一侧的潘宁放电系统电离该待测气体产生低温等离子体，随后分析该等离子体产生发射的He-I和D-α光谱，进而测量出两种气体(He和D2)的绝对含量，具体包括以下步骤：
1)、EAST是偏滤器位型托卡马克装置，该诊断系统的取样管道与EAST偏滤器连接并从EAST偏滤器区域取样待测气体输送到电离室；
2)、安装在电离室一侧的潘宁放电系统电离该待测气体产生低温等离子体；
3)、电离室对称的另一侧设置有玻璃窗口和与之相连的聚焦准直透镜组，低温等离子体发射光从玻璃窗口射出，被聚焦准直透镜组传输至光纤，经聚焦准直透镜组准直和高透过率光纤耦合得到足够强的光谱信号，该信号被传送到远离托卡马克装置的实验控制室，所述的实验控制室是低噪音低干扰环境的；
4)、在实验控制室内，利用半透半反膜将将该强的光谱信号进行50％-50％分光，进而获得两路光强一致的光谱信号；两路光谱信号分别经过两组设置在不同光路上的准直透镜组、干涉滤光片、聚焦透镜组得到两路特定波长的He-I和D-α光谱信号，He-I和D-α特定波长的光谱信号被光电倍增管PMT接收并转化为电信号传输给信号采集系统，得到反应光谱信号强度的光谱数据；
5)、借助已知准确比例的He/D2混合气体和标定后的精确的负压规管对该系统进行定标,具体步骤如下：
①对一个内壁光洁的气体混合储气罐烘烤抽气，待真空优于1×10-2Pa后再连续抽气烘烤10小时；
②停止烘烤，开启气体混合储气罐上连接的对气体种类无选择性的真空规管；
③气体混合储气罐的一侧分别通过减压阀连接D2和He储气罐，另一侧通过微调阀连接电离室，当气体混合储气罐内温度降至室温时，利用减压阀向气体混合储气罐里先充入He到气体混合室气压为2×104Pa，随后充入D2到气体混合室气压为1×105Pa，得到He：D2气压之比为1:4的混合气体；
④将该混合气体通过微调阀送入电离室，结合经过详细标定修正的真空规管和抽气机组控制真空室气压为P并利用潘宁放电系统对其电离；
⑤随后通过上述诊断技术测量出He-I谱线和D-α光谱强度，在此基础上结合已知总压P和He/D2比例得出的He和D2的分压；
⑥重复5-①～5-⑤步骤，在5-③中配置不同的He/D2比例。
⑦通过上述得到数组He和D2分压以及对应的光谱信号强度数据，经过拟合后即可获得适用于该诊断系统的He和D2分压与对应的光谱强度之间的经验公式，托卡马克实验过程中通过光谱信号获得He、D2分压的诊断技术得以实现。
所述的高透过率光纤是传输可见光波段的高透过率光纤，所述的光纤接收端准直透镜组的波长范围是585nm～660nm，所述的两组设置在不同光路上的准直透镜组、干涉滤光片、聚焦透镜组投过的中心波长分别是587.5nm和656.3nm，所述的干涉滤光片的带通是1nm，所述的真空抽气机组是60l/s的无油低振动泵，分光镜是50％-50％功率分光镜。
本发明的原理是：
利用主动激发的潘宁放电实现区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术，一是利用潘宁放电将托卡马克中关心的残余气体电离获得低温等离子体方便进一步的研究，二是利用He-I和D-a在等离子体中的特征波长不同，借助于准直透镜组、光纤以及干涉滤光片等光学设备的帮助实现实时监测He和D2含量的技术。
由于SOL层内部电子温度在几十甚至上百电子伏特(eV)，导致该区域的谱线被多普勒展宽进而相互串扰，最终导致无法进行光谱测量。而潘宁放电和普通的射频放电一样所产生的是冷等离子体，其电子能量只有大约5eV。所以各个待测元素的线辐射宽度相对较窄不容易发生谱线串扰现象也进一步保证了进行后续的光谱分析的可靠稳定。
本发明的有益效果在于：
本发明利用He-I和D-a在低温等离子体中的特征波长不同，区分普通质谱计无法区分He和D2两个分子质量数异常接近(He：4.003，D2：4.028)的聚变原料气体(D2)和聚变产出气体(He),实现实时监测托卡马克中He和D2演化的诊断技术，从而大大降低托卡马克装置中监测He和D2的技术难度，可以快速、经济、有效的实现对托卡马克残余气体中He和D2的实时监测，同时该诊断技术为将来ITER上可能的原位测量He/D2提供了直接的工程和物理经验积累
附图说明：
图1是本发明的系统总体设计图；
图2是系统标定示意图；
其中图1中1为EAST偏滤器，2为中性气体取样管道，3为与装置隔断阀门；4为高透过率玻璃窗口，5为潘宁放电室，7为聚焦准直透镜组，8为共透过率光纤，9为光电倍增管，10为He-I谱线的聚焦透镜组，11为He-I谱线的窄带滤光片，12为He-I谱线聚的焦准直透镜组，13为50％-50％半透半反膜；
图2中1为60bar的高压高纯氦气储气罐，2为60bar的高压高纯氘气储气罐，3为氦气减压阀门，4为氘气减压阀门，5为高精度电容薄膜规，6为混合气体储气罐，7为微调阀门，8为经过标定的高精度热阴极规管，9为潘宁放电室，10为玻璃窗口及相应的光学系统，11为高真空抽气机组。
具体实施方式：
如图1-2所示，一种利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术,利用氘气(D2)和氦气(He)放电产生的低温等离子体发射光谱的特征波长迥异，将待测气体氘气(D2)和氦气(He)引入电离室，借助潘宁放电系统电离该待测气体产生低温等离子体，随后分析该等离子体产生发射光谱，进而测量出两种气体(He和D2)的绝对含量，具体包括以下步骤：
1)、EAST是偏滤器位型托卡马克装置，该诊断系统的取样管道与EAST偏滤器连接并从EAST偏滤器区域取样待测气体输送到电离室；
2)、安装在电离室一侧的潘宁放电系统电离该待测气体产生低温等离子体；
3)、电离室对称的另一侧设置有玻璃窗口和与之相连的聚焦准直透镜组，低温等离子体发射光从玻璃窗口射出，被聚焦准直透镜组传输至光纤，经聚焦准直透镜组准直和高透过率光纤耦合得到足够强的光谱信号，该信号被传送到远离托卡马克装置的实验控制室，所述的实验控制室是低噪音低干扰环境的；
4)、在实验控制室内，利用半透半反膜将将该强的光谱信号进行50％-50％分光，进而获得两路光强一致的光谱信号；两路光谱信号分别经过两组设置在不同光路上的准直透镜组、干涉滤光片、聚焦透镜组得到两路特定波长He-I谱线和D-α光谱的光谱信号，He-I和D-α特定波长的光谱信号被光电倍增管PMT接收并转化为电信号传输给信号采集系统，得到反应光谱信号强度的光谱数据；
5)、借助已知准确比例的He/D2混合气体和标定后的精确的负压规管对该系统进行定标,具体步骤如下：
①对一个内壁光洁的气体混合储气罐烘烤抽气，待真空优于1×10-2Pa后再连续抽气烘烤10小时；
②停止烘烤，开启储气罐上连接的对气体种类无选择性的真空规管；
③气体混合储气罐的一侧分别通过减压阀连接D2和He储气罐，另一侧通过微调阀连接电离室，当气体混合储气罐内温度降至室温时，利用减压阀向气体混合室先充入He到气体混合室气压为2×104Pa，随后充入D2到气体混合室气压为1×105Pa，得到He：D2气压之比为1:4的混合气体；
④将该混合气体通过微调阀送入电离室，结合经过详细标定修正的真空规管和抽气机组控制真空室气压为P并利用潘宁放电系统对其电离；
⑤随后通过上述诊断技术测量出He-I谱线和D-α光谱强度，在此基础上结合已知总压P和He/D2比例得出的He和D2的分压；
⑥重复5-①～5-⑤步骤，在5-③中配置不同的He/D2比例。
⑦通过上述得到数组He和D2分压以及对应的光谱信号强度数据，经过拟合后即可获得适用于该诊断系统的He和D2分压与对应的光谱强度之间的经验公式，区分普通商业质谱计无法区分He和D2两个分子质量数异常接近(He：4.003，D2：4.028)的聚变原料气体(D2)和聚变产出气体(He)，托卡马克实验过程中通过光谱信号获得He、D2分压的诊断技术得以实现。
所述的高透过率光纤是传输可见光波段的高透过率光纤，所述的光纤接收端准直透镜组的波长范围是585nm～660nm，所述的两组设置在不同光路上的准直透镜组、干涉滤光片、聚焦透镜组投过的中心波长分别是587.5nm和656.3nm，所述的干涉滤光片的带通是1nm，所述的真空抽气机组是60l/s的无油低振动泵，分光镜是50％-50％功率分光镜。
利用主动激发的潘宁放电实现区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术,通过实验标定发现在一定真空压强范围内(1×10-4Pa～5×10-2Pa)光强信号与分压强存在明显的线性关系、分辨率达到7×10-5Pa、暗电流小于10nA、信噪比约86dB。通过更换干涉滤光片以及滤光片前面准直透镜组的部分透镜可以轻易的实现监测其它气体(如Ne、Ar等)演化的目的，同时该诊断技术为ITER以及将来DEMO上可能的原位测量He/D2提供了直接的工程和物理经验积累。。
Claims (5)
1.一种利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断方法，其特征在于：利用氘气（D2）和氦气（He）放电产生的低温等离子体所发射光谱的特征光谱He-I和D-α波长迥异进行区分D2和He的诊断方法；
将待测气体D2和He的混合气体引入电离室，安装在电离室一侧的潘宁放电系统电离该待测的中性气体产生低温等离子体，随后分析该等离子体产生的He-I谱线和D-α谱线，进而测量出He和D2两种气体的绝对含量，具体包括以下步骤：
1)、EAST是偏滤器位型托卡马克装置，诊断系统的取样管道与EAST偏滤器连接并从EAST偏滤器区域取样待测气体输送到电离室；
2)、安装在电离室一侧的潘宁放电系统电离该待测气体产生低温等离子体；
3)、电离室对称的另一侧设置有玻璃窗口和与之相连的聚焦准直透镜组，低温等离子体发射光从玻璃窗口射出，被聚焦准直透镜组传输至光纤，经聚焦准直透镜组准直和高透过率光纤耦合得到足够强的光谱信号，该信号被传送到远离托卡马克装置的实验控制室；
4)、在实验控制室内，利用半透半反膜将将该强的光谱信号进行50%-50%分光，进而获得两路光强一致的光谱信号；两路光谱信号分别经过两组设置在不同光路上的准直透镜组、干涉滤光片、聚焦透镜组，得到两路特定波长的He-I和D-α光谱信号，He-I和D-α特定波长的光谱信号被光电倍增管PMT接收并转化为电信号传输给信号采集系统，得到反应光谱信号强度的光谱数据；
5)、借助已知准确比例的He/D2混合气体和标定后精确的真空规管对该系统进行定标,具体步骤如下：
①对一个内壁光洁的气体混合储气罐烘烤抽气，待真空优于1×10-2Pa后再连续抽气烘烤10小时；
②停止烘烤，开启气体混合储气罐上连接的对气体种类无选择性的电容真空规管；
③气体混合储气罐的一侧分别通过减压阀连接高纯D2储气罐和高纯He储气罐，纯度为99.9999%，另一侧通过微调阀连接电离室，当气体混合储气罐内温度降至室温时，利用减压阀向气体混合室先充入He到气体混合室气压为2×104Pa，随后充入D2到气体混合储气罐气压为1×105Pa，得到He：D2气压之比为1:4的混合气体；
④将该混合气体通过微调阀送入电离室，结合经过详细标定修正的真空规管和抽气机组控制真空室气压为P并利用潘宁放电系统对其电离；
⑤随后通过上述诊断方法测量出He-I谱线和D-α光谱强度，在此基础上结合已知总压P和He/D2的比例得出He和D2的分压；
⑥重复5-①～5-⑤步骤，在5-③中配置不同的He/D2比例；
⑦通过上述得到数组He和D2分压以及对应的光谱信号强度数据，经过拟合后即可获得适用于该诊断系统的He和D2分压与对应的光谱强度之间关系的经验公式，托卡马克实验过程中通过光谱信号获得He、D2分压的诊断方法得以实现。
2.根据权利要求1所述的利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断方法，其特征在于：所述的光纤接收端准直透镜组的波长范围是585nm～660nm。
3.根据权利要求1所述的利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断方法，其特征在于：所述的两组设置在不同光路上的准直透镜组、干涉滤光片、聚焦透镜组透过的光谱中心波长分别是587.5nm和656.3nm。
4.根据权利要求1所述的利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断方法，其特征在于：所述的干涉滤光片的带通是1nm。
5.根据权利要求1所述的利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断方法，其特征在于：所述的真空抽气机组是60 l/s的无油低振动泵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410108391.9A CN103995047B (zh) | 2014-03-22 | 2014-03-22 | 利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410108391.9A CN103995047B (zh) | 2014-03-22 | 2014-03-22 | 利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103995047A CN103995047A (zh) | 2014-08-20 |
| CN103995047B true CN103995047B (zh) | 2017-04-05 |
Family
ID=51309269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410108391.9A Active CN103995047B (zh) | 2014-03-22 | 2014-03-22 | 利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103995047B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015117635B4 (de) * | 2015-10-16 | 2018-01-11 | Bruker Daltonik Gmbh | Strukturaufklärung von intakten schweren Molekülen und Molekülkomplexen in Massenspektrometern |
| CN106353259B (zh) * | 2016-11-09 | 2023-08-18 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 含氘电极真空弧离子源瞬态氘分子气压的测量方法及装置 |
| CN106954330B (zh) * | 2017-03-07 | 2020-03-31 | 河北大学 | 测量等离子体丝旋转周期的装置和方法 |
| CN111296552A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-06-19 | 山东省农业机械科学研究院 | 一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备 |
| CN112632892B (zh) * | 2020-11-27 | 2022-03-25 | 浙江大学 | 一种等离子体中具有刮削层特性的偏滤器平衡位形的模拟方法 |
| CN112924522B (zh) * | 2021-01-27 | 2023-05-30 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种利用常规四级质谱仪准确测量氢、氘、氦分压的方法 |
| CN113792620B (zh) * | 2021-08-27 | 2023-08-18 | 核工业西南物理研究院 | 基于深度神经网络的托卡马克边缘局域模实时识别算法 |
| CN113913778B (zh) * | 2021-09-08 | 2023-09-08 | 核工业西南物理研究院 | 一种用于聚变装置的在线表面涂覆硅化壁处理方法 |
| CN114112040B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-09-08 | 核工业西南物理研究院 | 一种基于窄带通滤光片的连续谱滤波分光探测系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004044926A1 (en) * | 2002-11-06 | 2004-05-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Charged particles trap |
| CN201746583U (zh) * | 2010-06-25 | 2011-02-16 | 合肥科烨电物理设备制造有限公司 | 一种潘宁放电离子源柔性材料真空镀膜电极 |
| CN103118478A (zh) * | 2013-01-18 | 2013-05-22 | 大连理工大学 | 一种脉冲潘宁放电大口径等离子体发生装置 |
-
2014
- 2014-03-22 CN CN201410108391.9A patent/CN103995047B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004044926A1 (en) * | 2002-11-06 | 2004-05-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Charged particles trap |
| CN201746583U (zh) * | 2010-06-25 | 2011-02-16 | 合肥科烨电物理设备制造有限公司 | 一种潘宁放电离子源柔性材料真空镀膜电极 |
| CN103118478A (zh) * | 2013-01-18 | 2013-05-22 | 大连理工大学 | 一种脉冲潘宁放电大口径等离子体发生装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103995047A (zh) | 2014-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103995047B (zh) | 利用潘宁放电区分托卡马克残余气体中氦与氘的光学质谱计诊断技术 | |
| Van Der Meiden et al. | High sensitivity imaging Thomson scattering for low temperature plasma | |
| Iordanova et al. | Optical emission spectroscopy diagnostics of inductively-driven plasmas in argon gas at low pressures | |
| Galli et al. | Optical detection of radiocarbon dioxide: first results and AMS intercomparison | |
| CN108037173A (zh) | 一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法 | |
| Li et al. | High-precision Ca isotopic measurement using a large geometry high resolution MC-ICP-MS with a dummy bucket | |
| CN107543664A (zh) | 多密封系统漏率测量方法和装置 | |
| Agnello et al. | Negative ion characterization in a helicon plasma source for fusion neutral beams by cavity ring-down spectroscopy and Langmuir probe laser photodetachment | |
| CN105203526A (zh) | 免定标的远程定量激光诱导击穿光谱分析方法 | |
| Laatiaoui et al. | Laser resonance chromatography of superheavy elements | |
| Carbone et al. | Determination of electron-impact transfer rate coefficients between argon 1s2 and 1s3 states by laser pump–probe technique | |
| Agnello et al. | Application of Thomson scattering to helicon plasma sources | |
| CN102175933B (zh) | 微通道板噪声因子测试方法 | |
| Gou et al. | Determination of barium isotopic ratios in river water on the multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometer | |
| Bandyopadhyay et al. | Performance evaluation of various diagnostics developed for a negative ion based neutral beam injector program in IPR | |
| Vincent et al. | High-speed imaging of magnetized plasmas: When electron temperature matters | |
| CN112146754A (zh) | 在线无损检测极紫外激光脉冲能量及光束空间位置的装置 | |
| CN210155340U (zh) | 基于能量粒子穿透特性测量离子束粒子成分的能量分析器 | |
| CN114199481A (zh) | 真空原子气室制作方法及使用其的装置 | |
| Caplinger et al. | A combined actinometry approach for medium pressure N2–O2 plasmas | |
| Younkin et al. | Description of the prototype diagnostic residual gas analyzer for ITER | |
| Byrnes et al. | NEXT-CRAB-0: a high pressure gaseous xenon time projection chamber with a direct VUV camera based readout | |
| Gibson et al. | Investigations of the 147 nm radiative efficiency of Xe surface wave discharges | |
| Garboś et al. | QC/QA scheme applied for monitoring of metals concentrations in water intended for human consumption sampled from the area of Warsaw performed by ICP-MS and ICP-OES techniques | |
| Matthiae et al. | The energy spectrum of cosmic rays at very high energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 230001 no.181 Gucheng Road, shiyangang Township, Hefei City, Anhui Province Patentee after: INSTITUTE OF PLASMA PHYSICS CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Address before: 230031 Shushan Lake Road, Shushan District, Anhui, China, No. 350, No. Patentee before: INSTITUTE OF PLASMA PHYSICS CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240423 Address after: 230031 Building 2, Dongpu Island, Hefei City, Anhui Province Patentee after: Hefei Science Island Holdings Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 230001 no.181, Gucheng Road, sanzigang Township, Luyang District, Hefei City, Anhui Province Patentee before: INSTITUTE OF PLASMA PHYSICS CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Country or region before: China |