CN108801712A - 一种月球原位稀有气体提取系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及月壤处理技术领域，提供了一种月球原位稀有气体（He、Ne、Ar）提取系统及方法，该系统包括熔融装置、第一涡轮分子泵、四级杆质谱、第一气罐、第二涡轮分子泵、第二气罐；熔融装置用来熔融月壤样品释放其中的气体，分子泵用来使得气体分子高速定向运动；月壤样品经熔融装置加热释放其中的气体，释放出来的气体在第一涡轮分子泵的作用下聚集到第一气罐中；在低温下，释放出来的气体中高熔沸点的活性气体被液化，而释放出来的气体中的稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在第二涡轮分子泵的作用下聚集在第二气罐中，从而完成稀有气体的收集。该系统可搭载月球探测器，在月球表面实现原位稀有气体的提取。

Description

一种月球原位稀有气体提取系统及方法
技术领域
本发明涉及月壤处理技术领域，特别涉及一种月球原位稀有气体提取系统及方法。
背景技术
月壤中包含着太阳系各种丰富的科学信息，是探索太阳系乃至宇宙间历史演变的可贵样本；月壤中蕴藏着诸多丰富的银、镉、铅、锡、钛、铁等矿物资源，是人类未来长期研究开发利用的难得宝库；月壤处在月球易于开采的表层，是未来建设月球基地、采矿、修路、资源提取的首选目标。
2007年“嫦娥一号”、2010年“嫦娥二号”先后探月，开启了中国探月旅程。深入研究月壤的组成，对后期开采利用具有重要意义。
原位稀有气体的提取装置会有助于实现月球资源的就位提取和利用，能够带回地球的月壤样品是很有限的，目前还未有月球原位稀有气体的提取系统。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种月球原位稀有气体提取系统及方法，可搭载月球探测器，在月球表面实现原位稀有气体的提取。
本发明一种月球原位稀有气体提取系统，包括熔融装置、第一涡轮分子泵、四级杆质谱、第一气罐、第二涡轮分子泵、第二气罐；
所述四级杆质谱用于测定所述第一气罐内气体的组分及其分压；
所述第一涡轮分子泵一端与所述熔融装置连接，另一端与所述第一气罐连接；
所述第二涡轮分子泵一端与所述第一气罐连接，另一端与所述第二气罐连接。
进一步的，所述熔融装置为高温炉。
进一步的，该系统还包括薄膜规，所述薄膜规用于测定所述第一气罐中气体的总压力。
进一步的，所述第一涡轮分子泵与所述熔融装置、所述第一气罐之间均通过不锈钢管道连接；所述第二涡轮分子泵与所述第一气罐、所述第二气罐之间均通过不锈钢管道连接。
进一步的，所述高温炉和所述第一涡轮分子泵之间设置阀门；所述第二涡轮分子泵和所述第一气罐之间设置阀门。
进一步的，月壤样品经所述熔融装置加热释放其中的气体，释放出来的气体在所述第一涡轮分子泵的作用下聚集到所述第一气罐中；在低温下，所述释放出来的气体中高熔沸点的活性气体被液化，而所述释放出来的气体中的稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在所述第二涡轮分子泵的作用下聚集在所述第二气罐中，从而完成稀有气体的收集。
本发明还提供了一种月球原位稀有气体提取方法，包括如下步骤：
步骤一、月昼期间，利用机械臂将月壤样品采回(约10g)并投入高温炉中；
步骤二、将高温炉加热至900±100℃，并维持30min，释放出来的气体包括稀有气体、氢气、碳氢化合物；
步骤三、释放出来的气体在第一涡轮分子泵的作用下聚集到第一气罐中，此时，可以用薄膜规测定第一气罐当前总压力，用四级杆测出气体组份及其分压；
步骤四、月夜时，温度骤降至-153至-183℃，此时高熔沸点的活性气体被液化，而稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在第二涡轮分子泵的作用下聚集在第二气罐中，从而完成所述稀有气体的收集。
进一步的，步骤一中的月壤样品的质量为10±2克。
进一步的，步骤二中高温炉的加热温度为900℃。
本发明的有益效果为：该系统可搭载月球探测器，在月球表面实现原位稀有气体的提取。
附图说明
图1为本发明实施例一种月球原位稀有气体提取系统的结构示意图。
其中：1-高温炉、2-第一涡轮分子泵、3-第一气罐、4-阀门、5-第二涡轮分子泵、6-第二气罐、7-薄膜规、8-四级杆质谱。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明实施例一种月球原位稀有气体提取系统，包括熔融装置、第一涡轮分子泵2、四级杆质谱8、第一气罐3、第二涡轮分子泵5、第二气罐6；
所述四级杆质谱8用于测定所述第一气罐3内气体的组分及其分压；
所述第一涡轮分子泵2一端与所述熔融装置连接，另一端与所述第一气罐3连接；
所述第二涡轮分子泵5一端与所述第一气罐3连接，另一端与所述第二气罐6连接。
所述熔融装置优选为高温炉1；该系统还包括薄膜规7，所述薄膜规7用于测定所述第一气罐3中气体的总压力。
所述第一涡轮分子泵2与所述熔融装置、所述第一气罐3之间均通过不锈钢管道连接；所述第二涡轮分子泵5与所述第一气罐3、所述第二气罐6之间均通过不锈钢管道连接。所述高温炉1和所述第一涡轮分子泵2之间设置阀门4；所述第二涡轮分子泵5和所述第一气罐3之间设置阀门4。
月壤样品经所述熔融装置加热释放其中的气体，释放出来的气体在所述第一涡轮分子泵2的作用下聚集到所述第一气罐中3；在低温下，所述释放出来的气体中高熔沸点的活性气体被液化，而所述释放出来的气体中的稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在所述第二涡轮分子泵5的作用下聚集在所述第二气罐6中，从而完成稀有气体的收集。
月球稀有气体包括He、Ne、Ar等，其熔沸点如下表1所示。
表1稀有气体熔沸点
稀有气体 熔点 沸点
He ‐272.2℃ ‐268.9℃
Ne ‐248.7℃ ‐245.9℃
Ar ‐189.2℃ ‐185.7℃
本发明实施例一种月球原位稀有气体提取方法，具体包括如下步骤：
步骤一、月昼期间，利用机械臂将月壤样品采回(约10g)并投入高温炉1中；
步骤二、将高温炉1加热至900±100℃，并维持30min，释放出来的气体包括稀有气体、氢气、碳氢化合物；
步骤三、释放出来的气体在第一涡轮分子泵2的作用下聚集到第一气罐3中，此时，可以用薄膜规7测定第一气罐3当前总压力，用四级杆质谱8测出气体组份及其分压；
步骤四、月夜时，温度骤降至-153至-183℃，此时高熔沸点的活性气体被液化，而稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在第二涡轮分子泵5的作用下聚集在第二气罐6中，从而完成所述稀有气体的收集。
步骤一中的月壤样品的质量为10±2克；步骤二中高温炉1的加热温度优选为900℃。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (9)

1.一种月球原位稀有气体提取系统，其特征在于，包括熔融装置、第一涡轮分子泵、四级杆质谱、第一气罐、第二涡轮分子泵、第二气罐；
所述四级杆质谱用于测定所述第一气罐内气体的组分及其分压；
所述第一涡轮分子泵一端与所述熔融装置连接，另一端与所述第一气罐连接；
所述第二涡轮分子泵一端与所述第一气罐连接，另一端与所述第二气罐连接。
2.如权利要求1所述的月球原位稀有气体提取系统，其特征在于，所述熔融装置为高温炉。
3.如权利要求1所述的月球原位稀有气体提取系统，其特征在于，该系统还包括薄膜规，所述薄膜规用于测定所述第一气罐中气体的总压力。
4.如权利要求1所述的月球原位稀有气体提取系统，其特征在于，所述第一涡轮分子泵与所述熔融装置、所述第一气罐之间均通过不锈钢管道连接；所述第二涡轮分子泵与所述第一气罐、所述第二气罐之间均通过不锈钢管道连接。
5.如权利要求1所述的月球原位稀有气体提取系统，其特征在于，所述高温炉和所述第一涡轮分子泵之间设置阀门；所述第二涡轮分子泵和所述第一气罐之间设置阀门。
6.如权利要求1-5任一项所述的月球原位稀有气体提取系统，其特征在于，月壤样品经所述熔融装置加热释放其中的气体，释放出来的气体在所述第一涡轮分子泵的作用下聚集到所述第一气罐中；在低温下，所述释放出来的气体中高熔沸点的活性气体被液化，而所述释放出来的气体中的稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在所述第二涡轮分子泵的作用下聚集在所述第二气罐中，从而完成稀有气体的收集。
7.一种月球原位稀有气体提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、月昼期间，利用机械臂将月壤样品采回（约10g）并投入高温炉中；
步骤二、将高温炉加热至900±100℃，并维持30min，释放出来的气体包括稀有气体、氢气、碳氢化合物；
步骤三、释放出来的气体在第一涡轮分子泵的作用下聚集到第一气罐中，此时，可以用薄膜规测定第一气罐当前总压力，用四级杆测出气体组份及其分压；
步骤四、月夜时，温度骤降至-153至-183℃，此时高熔沸点的活性气体被液化，而稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在第二涡轮分子泵的作用下聚集在第二气罐中，从而完成所述稀有气体的收集。
8.如权利要求7所述的月球原位稀有气体提取方法，其特征在于，步骤一中的月壤样品的质量为10±2克。
9.如权利要求7所述的月球原位稀有气体提取方法，其特征在于，步骤二中高温炉的加热温度为900℃。
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