CN106395708B - 一种解封地外天体样品密封封装容器的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解封地外天体样品密封封装容器的装置，属于真空技术领域。该装置包括过渡舱、操作舱、解封舱、气体循环净化装置、气瓶和真空泵；解封舱分由上端刚性段和中间柔性段和下端刚性段组成；柔性段与下端刚性段可拆卸连接，当柔性段与下端刚性段连接时，解封舱形成密闭空间；过渡舱通过插板阀与操作舱连接，并过渡舱与操作舱之间通过管道连通；过渡舱通过管道与真空泵连接；气体循环装置分别通过管道与操作舱和气瓶连通；解封舱的上端刚性段和下端刚性段分别通过操作舱上、下表面的通孔与操作舱固接，并下刚性段通过管道与真空泵连接；解封舱通过管道与操作舱连通。

Description

一种解封地外天体样品密封封装容器的装置
技术领域
本发明涉及一种解封地外天体样品密封封装容器的装置，属于真空技术领域。
背景技术
根据我国深空探测发展规划，我国将于2017年前实现月球样品的无人采样与返回。根据后续发展规划，我国还将进行火星的探测、火星样品采样与返回等一系列的深空探测工程。在深空探测中，采集地外天体样品的密封封装容器返回地面后，根据地外天体样品处理流程，还需进行地外天体样品密封封装容器解封、地外天体样品处理和保存等一系列的过程。美国阿波罗计划研究表明，地外天体样品对地球大气环境中的水和氧特别敏感，一旦暴露于地球大气，将与之发生物理或化学反应，使样品失去原有的特性。因此，地外天体样品在采集、返回地面、解封、处理和存储等过程中，如何避免地外天体样品尽可能少受地球上生命活动、水、氧化等因素的影响，尽可能保持样品的原始状态，是深空探测工程重点关注的问题之一，也是目前亟待解决的工程问题。因此，需开展地外天体样品密封封装容器解封、地外天体样品处理和保存的方法研究及装置研制，以满足深空探测工程的需求。
美国阿波罗计划和月球样品博物馆对地外天体样品处理和保存的研究表明，地外天体的处理和保存需在高纯氮气气体环境下进行，要求高纯氮气气体中每100万摩尔分子中，水分子少于50摩尔，氧气分子少于20摩尔(即高纯氮气环境中水含量低于30ppm，氧含量低于20ppm)。这样可使地外天体样品在处理和保存过程中尽可能少受地球大气环境的影响，避免样品污染，且对样品进行科学分析和研究的结果影响较小。申请号为CN201310693058.4的专利申请提出了一种样品密封容器的装置及方法，该装置可对样品密封容器进行解封，缺点是不能对高纯氮气环境中水和氧进行循环净化，不能维持高纯氮气环境，存在污染样品的风险。申请号为CN201610086872.3的专利申请提出了一种地外天体样品采集密封容器的方法，采用该方法的装置可实现地外天体样品采集密封容器的解封和维持高纯氮气环境，缺点是装置为三舱结构，真空运动机构多，运动机构在真空环境中运行时存在卡涩的风险，装置可靠性相对较低，解封流程复杂，操作时间长，提高了地外天体样品在解封、处理和存储过程中污染的风险。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种解封地外天体样品密封封装容器的装置，所述装置在高纯氮气环境下对地外天体样品进行处理和存储，使样品在解封、处理和保存等过程中始终处于高真空环境、高纯氮气环境中，使样品尽可能少受地球外部环境(如水、氧气等)的影响，避免地外天体样品污染。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种解封地外天体样品密封封装容器的装置，所述装置包括：过渡舱、操作舱、解封舱、气体循环净化装置、气瓶和真空泵；
其中，所述操作舱的上、下表面均加工有通孔；
所述解封舱分由上端刚性段和中间柔性段和下端刚性段组成；所述柔性段与下端刚性段可拆卸连接，当所述柔性段与下端刚性段连接时，所述解封舱形成密闭空间；
所述过渡舱通过插板阀与所述操作舱连接，并所述过渡舱与操作舱之间通过管道连通；所述过渡舱通过管道与真空泵连接；所述气体循环装置分别通过管道与所述操作舱和所述气瓶连通；所述解封舱的上端刚性段和下端刚性段分别通过所述操作舱上、下表面的通孔与操作舱固接，并所述下刚性段通过管道与真空泵连接；所述解封舱通过管道与所述操作舱连通。
进一步的，所述柔性段的材质为可压缩波纹管。
进一步的，所述装置还包括用于提升所述柔性段的提升机构。
一种基于所述装置解封地外天体样品密封封装容器的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：
解除所述解封舱的柔性段与下端刚性段的连接，并压缩所述柔性段，使其下端的端面距下端刚性段的端面的距离大于所述地外天体样品密封封装容器的高度后固定；打开插板阀，开启气体循环净化装置，维持述操作舱内的压力为101.325KPa±2000Pa，将所述过渡舱、操作舱和解封舱中的气体置换为高纯氮气，关闭插板阀；
步骤二：
将所述地外天体样品密封封装容器放置于过渡舱内，对所述过渡舱进行抽真空至压力小于10Pa；打开过渡舱与操作舱之间管道上的真空阀，所述气体循环净化装置通过操作舱向过渡舱充入高纯氮气，待两舱之间的压力平衡时，关闭所述真空阀；
步骤三：
打开插板阀，将地外天体样品密封封装容器移至操作舱内，关闭插板阀；将所述地外天体样品密封封装容器的顶部与所述解封舱的盖体解封机构连接，底部和下端刚性段固定连接；
步骤四：
连接所述柔性段和所述下端刚性段，此时，所述解封舱在操作舱内形成一个独立的密封空间，对所述解封舱进行抽真空，待解封舱内的压力小于5×10-3Pa时，停止抽真空；调节盖体解封机构，将地外天体样品密封封装容器的盖体旋转提升，使盖体与地外天体样品密封封装容器分离，完成解封；
步骤五：
打开操作舱与解封舱之间管道上的真空阀，所述气体循环净化装置通过操作舱向解封舱充入高纯氮气，待两舱之间的压力平衡时，关闭所述真空阀；
步骤六：
解除所述解封舱的柔性段与下端刚性段的连接，并压缩所述柔性段，使其下端的端面距下端刚性段的端面的距离大于所述地外天体样品密封封装容器的高度后固定；将解封后的地外天体样品密封封装容器移至操作舱内并将地外天体样品取出，对其进行归档处理后放置在样品保护装置内。
有益效果
(1)本发明所述装置中解封舱为的中段为可拆卸的柔性结构，使得所述解封舱可在操作舱内形成独立的密封空间，优化了现有解封装置的结构和设计，减少了真空运动机构，降低了运动机构在真空环境中运行时卡涩的风险，提高了设备的可靠性，同时简化了地外天体样品密封封装容器的解封流程，缩短了操作时间，提高了工作效率，降低了地外天体样品在解封、处理和存储过程中污染的风险。
(2)本发明所述装置可在高真空环境下(真空度：≤5×10-3Pa)对地外天体样品密封封装容器进行解封，在高纯氮气环境下(高纯氮气中水含量≤5ppm，氧含量≤5ppm)对地外天体样品进行处理和存储，使样品在解封、处理和保存等过程中始终处于高真空环境、高纯氮气环境中，使样品尽可能少受地球外部环境(如水、氧气等)的影响，避免地外天体样品污染。
(3)本发明所述装置应用范围广，还可应用于其他珍稀样品的解封、处理和存储等。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图；
其中，1-过渡舱，2-操作舱，3-解封舱，4-气体循环净化装置，5-气瓶，6-真空泵，7-上端刚性段，8-中间柔性段，9-下端刚性段，10-提升机构，11-地外天体样品密封封装容器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1
如图1所示，一种解封地外天体样品密封封装容器11的装置，所述装置包括：过渡舱1、操作舱2、解封舱3、气体循环净化装置4、气瓶5和真空泵6；
其中，所述操作舱2的上、下表面均加工有通孔；
所述解封舱分由上端刚性段7和中间柔性段8和下端刚性段9组成；所述柔性段与下端刚性段9可拆卸连接，当所述柔性段与下端刚性段9连接时，所述解封舱形成密闭空间；
所述过渡舱1通过插板阀与所述操作舱2连接，并所述过渡舱1与操作舱2之间通过管道连通；所述过渡舱1通过管道与真空泵6连接；所述气体循环装置分别通过管道与所述操作舱2和所述气瓶5连通；所述解封舱的上端刚性段7和下端刚性段9分别通过所述操作舱2上、下表面的通孔与操作舱2固接，并所述下刚性段通过管道与真空泵6连接；所述解封舱通过管道与所述操作舱2连通。
其中，所述柔性段的材质为可压缩波纹管。
所述装置还包括用于提升所述柔性段的提升机构10。
一种基于所述装置解封地外天体样品密封封装容器11的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：
解除所述解封舱的柔性段与下端刚性段9的连接，并压缩所述柔性段，使其下端的端面距下端刚性段9的端面的距离大于所述地外天体样品密封封装容器11的高度后固定；打开插板阀，开启气体循环净化装置4，维持述操作舱2内的压力为101.325KPa±2000Pa，将所述过渡舱1、操作舱2和解封舱中的气体置换为高纯氮气，关闭插板阀；
步骤二：
将所述地外天体样品密封封装容器11放置于过渡舱1内，对所述过渡舱1进行抽真空至压力小于10Pa；打开过渡舱1与操作舱2之间管道上的真空阀，所述气体循环净化装置4通过操作舱2向过渡舱1充入高纯氮气，待两舱之间的压力平衡时，关闭所述真空阀；
步骤三：
打开插板阀，将地外天体样品密封封装容器11移至操作舱2内，关闭插板阀；将所述地外天体样品密封封装容器11的顶部与所述解封舱3的盖体解封机构连接，底部和下端刚性段9固定连接；
步骤四：
连接所述柔性段和所述下端刚性段9，此时，所述解封舱3在操作舱2内形成一个独立的密封空间，对所述解封舱3进行抽真空，待解封舱3内的压力小于5×10-3Pa时，停止抽真空；调节盖体解封机构，将地外天体样品密封封装容器11的盖体旋转提升，使盖体与地外天体样品密封封装容器11分离，完成解封；
步骤五：
打开操作舱2与解封舱3之间管道上的真空阀，所述气体循环净化装置4通过操作舱2向解封舱3充入高纯氮气，待两舱之间的压力平衡时，关闭所述真空阀；
步骤六：
解除所述解封舱的柔性段与下端刚性段9的连接，并压缩所述柔性段，使其下端的端面距下端刚性段9的端面的距离大于所述地外天体样品密封封装容器11的高度后固定；将解封后的地外天体样品密封封装容器11移至操作舱2内并将地外天体样品取出，对其进行归档处理后放置在样品保护装置内。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种解封地外天体样品密封封装容器的装置，其特征在于：所述装置包括过渡舱(1)、操作舱(2)、解封舱(3)、气体循环净化装置(4)、气瓶(5)和真空泵(6)；
其中，所述操作舱(2)的上、下表面均加工有通孔；
所述解封舱由上端刚性段(7)、中间柔性段(8)和下端刚性段(9)组成；所述柔性段与下端刚性段(9)可拆卸连接，当所述柔性段与下端刚性段(9)连接时，所述解封舱形成密闭空间；
所述过渡舱(1)与操作舱(2)的连接处设有插板阀，并且所述过渡舱(1)与操作舱(2)之间通过管道连通；所述真空泵(6)对所述过渡舱(1)进行抽真空；所述气体循环净化装置(4)分别通过管道与所述操作舱(2)和所述气瓶(5)连通；所述解封舱的上端刚性段(7)和下端刚性段(9)分别通过所述操作舱(2)上、下表面的通孔与操作舱(2)固接，并且所述下端刚性段通过管道与真空泵(6)连接；所述解封舱通过管道与所述操作舱(2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种解封地外天体样品密封封装容器的装置，其特征在于：所述柔性段的材质为可压缩波纹管。
3.根据权利要求1所述的一种解封地外天体样品密封封装容器的装置，其特征在于：所述解封地外天体样品密封封装容器的装置还包括用于提升所述柔性段的提升机构(10)。
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