CN219702884U - 超导腔等离子体清洗气路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超导腔的等离子体清洗技术领域，具体为一种超导腔等离子体清洗气路装置；包括连接在超导腔两端的上游气路系统和下游气路系统，所述上游气路系统包括高纯惰性气体供给机构以及高纯氧气供给机构；所述下游气路系统包括与超导腔连接的六通一，所述六通一的两端口分别接微漏阀和全量程真空规；本发明的装置在满足超导腔等离子体清洗基本功能的基础上，可以实现显著提高等离子体实验气体纯度，避免超导腔遭受杂质污染以及确保下游监测信号的准确性；其次在等离子体清洗结束后，可以实现气路系统快速充气至常压状态以便于气路系统的拆卸和更换超导腔。

Description

超导腔等离子体清洗气路装置

技术领域

本发明涉及超导腔的等离子体清洗技术领域，具体为一种超导腔等离子体清洗气路装置。

背景技术

超导腔等离子体清洗技术是目前国际上最为热门的改善超导腔场致发射效应的先进技术，其原理是往超导腔中通入一定比例关系的高纯惰性气体(例如：氩气或氖气)和高纯氧气，在超导腔的电磁场环境中高纯气体解离为自由电子、正一价惰性气体离子以及活性氧原子等，其中惰性气体离子对超导腔壁产生碰撞刻蚀，从而去除可能诱发场致发射效应的腔壁毛刺以及一些污染物质，活性氧原子则会跟腔壁的碳氢污染物发生化学作用而产生气体如CO，CO₂及H₂O等，而超导腔下游的泵组会将清洗过程中的生成物质从腔内抽走，消除腔壁毛刺和净化腔壁的碳氢污染均可有效抑制超导腔发生场致发射效应，显著提高超导腔的工作稳定性。

等离子体清洗的气路系统中包含气体压强调控仪器、气体压强监测仪器、过滤器、抽气泵组及各种阀门等功能元件，装置复杂且接口繁多，当前的等离子体清洗气路装置普遍存在以下问题：(1)外界空气漏入气路系统不可避免，尤其是气路系统放置了一段时间(比如一天以上)以后，外界空气不可避免地会进入气路系统内：由于等离子体清洗中所需高纯实验气体压强很低，漏入的空气将会成为气路中气体的主要成分，这样一方面会削弱生成的等离子体的清洗效果，更重要的是空气中的氮气成分与等离子体清洗的主要生成气体CO的质量数相同(质量数均为28)，这会混淆超导腔下游气体采样监测机构的判断，失去监测的意义；

(2)在清洗实验结束后到准备拆卸气路系统前这段时间，无法快速将气路从负压状态恢复至大气压状态：等离子体清洗结束后需要将气路的负压状态恢复至大气压状态方可进行管路的拆卸，而当前的等离子体清洗气路装置中供气端口是小流量的气体质量流量控制器，导致充气缓慢、待时过长，造成超导腔无法快速进入下一个测前处理流程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超导腔等离子体清洗气路装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超导腔等离子体清洗气路装置，包括连接在超导腔两端的上游气路系统和下游气路系统，所述上游气路系统包括高纯惰性气体供给机构以及高纯氧气供给机构；所述下游气路系统包括与超导腔连接的六通一，所述六通一的两端口分别接微漏阀和全量程真空规。

所述的高纯惰性气体供给机构以及高纯氧气供给机构的末端共同连接四通。

所述四通的其中一路接超净过滤器，所述超净过滤器的末端与超导腔的进气端口连接。

所述高纯惰性气体供给机构包括设置的压缩气瓶一，所述压缩气瓶一的出气端接有减压阀一，所述减压阀一的另一端接有隔膜阀一，所述隔膜阀一接有气体质量流量控制器一。

气体质量流量控制器一的另一端接入四通的一端。

所述高纯氧气供给机构包括设置的压缩气瓶二，所述压缩气瓶二的出气端接有减压阀二，所述减压阀二的另一端接有三通，所述三通的其中一端口接隔膜阀二。

所述隔膜阀二的另一端接气体质量流量控制器二，三通的最后一端依次接隔膜阀三和可调流量针阀，所述可调流量针阀的出气端接入四通的一端。

所述微漏阀的另一端接有六通二，所述六通一的一端口依次接手动角阀一、机械泵、手动角阀二和分子泵，且分子泵另一端连接在六通二的一端口上。

所述六通一的一端口接全金属阀门，且全金属阀门的出气端接在六通二的一端，所述六通二的其中两端口分别接残余气体分析仪和高真空规，且六通一和六通二的其余端口作密封处理。

在超导腔与六通一之间连接硬管和波纹管，

在微漏阀的出气口同样接有较细规格的波纹管。

本发明提供了一种超导腔等离子体清洗气路装置及其使用方法，具备以下有益效果：

(1)本发明在等离子体清洗开始前，利用超导腔上游气路系统的快速充气机构和下游气路系统的洗气辅助联通机构对气路的每一节进行彻底的洗气处理；在等离子体清洗过程中，利用超导腔上游的上游气路系统和下游的下游气路系统为超导腔等离子体清洗提供特定压强及配比的高纯气体，并同时监测等离子体清洗中反应气体的生成；在等离子体清洗结束后，利用超导腔上游气路系统的快速充气机构使气路内气体压强快速从负压状态恢复至常压状态，便于之后的气路系统拆卸和更换超导腔。

(2)本发明的装置在满足超导腔等离子体清洗基本功能的基础上，可以实现显著提高等离子体实验气体纯度，避免超导腔遭受杂质污染以及确保下游监测信号的准确性；其次在等离子体清洗结束后，可以实现气路系统快速充气至常压状态以便于气路系统的拆卸和更换超导腔。

附图说明

图1为本发明的管路结构示意图；

图2为本发明的上游气路系统示意图；

图3为本发明的下游气路系统示意图；

图4为本发明的工作逻辑原理图；

图5为本发明的气路流向示意图。

图中：1、上游气路系统；2、下游气路系统；3、超导腔；4、高纯惰性气体供给机构；41、压缩气瓶一；42、减压阀一；43、隔膜阀一；44、气体质量流量控制器一；5、高纯氧气供给机构；51、压缩气瓶二；52、减压阀二；53、隔膜阀二；54、三通；55、气体质量流量控制器二；56、隔膜阀三；57、可调流量针阀；6、六通一；7、微漏阀；8、全量程真空规；9、六通二；10、手动角阀一；11、机械泵；12、手动角阀二；13、分子泵；14、全金属阀门；15、残余气体分析仪；16、高真空规；17、四通；18、超净过滤器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供技术方案：一种超导腔等离子体清洗气路装置及其使用方法,本实施例中，如图1-图3所示，一种超导腔等离子体清洗气路装置，主要包括连接在超导腔3两端的上游气路系统1和下游气路系统2。

其中，上游气路系统1包括高纯惰性气体供给机构4，其包括设置的压缩气瓶一41，其上接减压阀一42，之后依次连接减压阀转VCR接头、隔膜阀一43、VCR接口式的气体质量流量控制器一44，流量量程50SCCM或100SCCM；还包括高纯氧气供给机构5，其设置有压缩气瓶二51，其上接减压阀二52，其后接减压阀转VCR接头以及三通54的一个端口，由三通54的另外两个端口分为两个支路，一条支路依次连接为隔膜阀二53和VCR接口式的气体质量流量控制器二55，流量量程50SCCM或100SCCM，另一条支路依次连接为隔膜阀三56和可调流量针阀57，以上三路汇集入在四通17的三个端口上，四通17的第四个端口接一段软管及超净过滤器18，最终由VCR转CF40的转接头接入超导腔3的进气端口，在上游气路系统1中，除了超净过滤器18之前的那段软管外，其余气路管道为四分之一英寸管径的EP洁净管。

在下游气路系统2中，由超导腔3的抽气端口之后依次连接一段40mm管径的硬管和CF40波纹管，然后接入六通一6的端口一，六通一6的端口二接全量程真空规8，六通一6的端口三封住不用，六通一6的端口四接微漏阀7，微漏阀7的出气口接四分之一英寸VCR波纹管，VCR转CF40转换头并接入六通二9的端口一，六通一6的端口五接手动角阀一10，其后接KF25波纹管、机械泵11、手动角阀二12及分子泵13，六通一6的端口六连接全金属阀门14，全金属阀门14的出气端连接六通二9的端口二，六通二9的端口三接残余气体分析仪15，六通二9的端口四接分子泵13，六通二9的端口五接高真空规16，六通二9的端口六封住不用。

一种超导腔等离子体清洗气路装置的使用方法，包括如下操作步骤：

S1：等离子体清洗前的洗气过程操作：关闭减压阀一42、减压阀二52、隔膜阀一43、隔膜阀二53、微漏阀7、全金属阀门14、手动角阀一10及手动角阀二12；设置气体质量流量控制器一44和气体质量流量控制器二55接近满量程；打开隔膜阀三56及可调流量针阀57，打开减压阀二52，使气路系统充气至数个大气压全量程规读数显示；关闭减压阀二52，打开全金属阀门14，开启机械泵11，缓慢打开手动角阀二12，当全量程规读数在一百个帕斯卡以下时，打开分子泵13，将气路系统内压强抽至约十的负五次方帕斯卡，在高真空规16显示后，重复以上步骤两至三次。

S2：等离子体清洗过程操作：关闭隔膜阀三56、微漏阀7和全金属阀门14；气体质量流量控制器一44和气体质量流量控制器二55设置为低流量值；打开隔膜阀一43和隔膜阀二53；当全量程真空规8读数为十个帕斯卡附近时，打开手动角阀一10；设置气体质量流量控制器一44和气体质量流量控制器二55的流量值使全量程真空规8的读数为所需压强；缓慢打开微漏阀7，使残余气体分析仪15采样超导腔3内的气体成分；调整气体质量流量控制器一44和气体质量流量控制器二55的流量值，使从残余气体分析仪15上读出的惰性气体与氧气的分压比达到等离子体清洗要求的配比，此时超导腔已具备加载功率将腔内气体激发成等离子体进行清洗的条件，并利用残余气体分析仪15监测等离子体清洗中反应气体的生成。

S3：等离子体清洗结束后的快充操作：断电残余气体分析仪15和高真空规16；设置气体质量流量控制器一44和气体质量流量控制器二55的流量值为零；关闭手动角阀一10、手动角阀二12、分子泵13和机械泵11，打开全金属阀；关闭可调流量针阀57，打开隔膜阀三56，缓慢打开可调流量针阀57，使得全量程真空规8读数匀速以约一百～一百五帕斯卡/秒的增长速率增长，直至全量程真空规8读数达到大气压强。

此外，本发明的气路流向示意图如图4所示。

本发明提供一种超导腔等离子体清洗气路装置及其使用方法，具体工作原理如下：本发明在等离子体清洗开始前，利用超导腔3上游气路系统1的快速充气机构和下游气路系统的洗气辅助联通机构对气路的每一节进行彻底的洗气处理。其中快速充气机构为图1中标注为“56+57”那一路，它的逻辑位置是在氧气的供气管道上，与图1中标注“53+55”这路为并联关系，因为图1中标注为“53+55”这路只能通过小气流量，根本无法达到快速充气的需求。如果将等离子体清洗分成“清洗前”，“清洗中”和“清洗后”三个阶段的话，那“快速充气机构”工作时间点是“清洗前”和“清洗后”，在清洗前，利用它完成大气流量的充气，下游端的泵组进行抽气，这个过程在真空专业领域叫所谓的“洗气”；在清洗后，由于气路里处于负压态，即气路里的压强远低于外界正常的气压值，所以在对这个气路拆卸前，要对气路进行快速充气使其压强跟外界大气压一致，这时就又要用到“快速充气机构”。所述的辅助联通机构，为图1中的标注为“14”全金属阀门那一路，辅助联通机构的工作时间点是在“清洗前”的洗气阶段，就是说只有在洗气阶段“14”全金属阀是打开的，其他阶段都是关闭的。洗气阶段中将“14”打开后，下游气体如图5中箭头所示的方向在各个元件之间流动的，其中阀门7是关闭的，所以相当于“7”位置那里断开。从原理上可简单理解成上游气路系统1的主要功能是充气(或者供气)，下游气路系统2的主要功能是抽气。

在等离子体清洗过程中，利用超导腔3上游的上游气路系统1和下游的下游气路系统2为超导腔等离子体清洗提供特定压强及配比的高纯气体，并同时监测等离子体清洗中反应气体的生成；在等离子体清洗结束后，利用超导腔3上游气路系统1的快速充气机构使气路内气体压强快速从负压状态恢复至常压状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：包括连接在超导腔(3)两端的上游气路系统(1)和下游气路系统(2)，所述上游气路系统(1)包括高纯惰性气体供给机构(4)以及高纯氧气供给机构(5)；所述下游气路系统(2)包括与超导腔(3)连接的六通一(6)，所述六通一(6)的两端口分别接微漏阀(7)和全量程真空规(8)。

2.根据权利要求1所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：所述的高纯惰性气体供给机构(4)以及高纯氧气供给机构(5)的末端共同连接四通(17)。

3.根据权利要求2所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：所述四通(17)的其中一路接超净过滤器(18)，所述超净过滤器(18)的末端与超导腔(3)的进气端口连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：所述高纯惰性气体供给机构(4)包括设置的压缩气瓶一(41)，所述压缩气瓶一(41)的出气端接有减压阀一(42)，所述减压阀一(42)的另一端接有隔膜阀一(43)，所述隔膜阀一(43)接有气体质量流量控制器一(44)。

5.根据权利要求4所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：气体质量流量控制器一(44)的另一端接入四通(17)的一端。

6.根据权利要求1或2所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：所述高纯氧气供给机构(5)包括设置的压缩气瓶二(51)，所述压缩气瓶二(51)的出气端接有减压阀二(52)，所述减压阀二(52)的另一端接有三通(54)，所述三通(54)的其中一端口接隔膜阀二(53)。

7.根据权利要求6所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：所述隔膜阀二(53)的另一端接气体质量流量控制器二(55)，三通(54)的最后一端依次接隔膜阀三(56)和可调流量针阀(57)，所述可调流量针阀(57)的出气端接入四通(17)的一端。

8.根据权利要求1所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：所述微漏阀(7)的另一端接有六通二(9)，所述六通一(6)的一端口依次接手动角阀一(10)、机械泵(11)、手动角阀二(12)和分子泵(13)，且分子泵(13)另一端连接在六通二(9)的一端口上。

9.根据权利要求8所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：所述六通一(6)的一端口接全金属阀门(14)，且全金属阀门(14)的出气端接在六通二(9)的一端，所述六通二(9)的其中两端口分别接残余气体分析仪(15)和高真空规(16)，且六通一(6)和六通二(9)的其余端口作密封处理。

10.根据权利要求1所述的一种超导腔等离子体清洗气路装置，其特征在于：在超导腔(3)与六通一(6)之间连接硬管和波纹管。