JPH0254163A - ヘリウム漏洩用の改良検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ヘリウム漏洩用の改良検出器に関する。

同一出願人のイタリア国特許第１１７９６００号は、与
えられた情況において、１種類のガスのみに対し透過性
であり、他のものに対してはほぼ完全に不透過性である
マスフィルターとして作用するような、かなり選択的に
ある種の気体に透過性である、ある種の物質の特性に基
づくヘリウム検出器を開示している。

これらの物質のうち、大気に関しては、ヘリウムのみに
対し選択的透過性フィルターの製造用に石英ガラスある
いは石英が公知である。

この原理に基づ〈産業用途用の検出器の製造において、
多くの困難に遭遇し、多くの問題が解決された。

例として、シリカ膜用に最も適当な形状を見つけること
が必要であり、および上記特許においてこの目的に対す
る適当な膜が開示されておらず、その製造についても示
されていないので、その表面および厚さを明確に規定す
ることが必要である。

また、真空ラインを通し真空ポンプへの膜内部チャンバ
ーの接続におい、で、かなりの困難に遭遇する。

さらに、膜温度の測定に基づく方法が十分でないため、
膜を通るヘリウムの漏洩を検出および定量するシステム
を改良することが必要である。

従って、本発明の目的は、比較的簡単な構造の、高性能
の、操作が安定であり確実である、ヘリウムのみに対し
選択的透過性である石英ガラス膜の使用に基づく、いわ
ゆる「スニファー」タイプの、ヘリウムの漏洩用の改良
検出器を提供することである。

本明細書において後に明らかとなる本発明の上記並びに
他の目的および利点は、シリカ含量の高いガラスのプロ
ーブに接続したイオンポンプを含んでなり、実質的にヘ
リウムのみに対し透過性であるマスフィルターとして作
用可能であり、前記プローブはシリカ含量の高いガラス
製の少な（とも１本のキャピラリーチューブを含んでな
り、−端において密封され、前記イオンポンプ上で直接
接続し、０．１〜ｌ０ＣＩＩのシリカ含量の高いガラス
の表面積を有し、室温においてヘリウムに対し実質的に
不透過性であり、および３００〜９００’Ｃの温度に前
記チューブを保つ加熱装置が取り付けられ、さらにイオ
ンポンプ電流において少量の増加分を検出する装置およ
び前記加熱装置に対する指令装置を含んでなり、前記イ
オンポンプにおける検出した電流に反応して作用する、
ヘリウム漏れ用の改良検出器により達成される。

第１図および第２図を参考にして、本発明に係るヘリウ
ム漏洩検出器は、小さなイオンポンプ１１調節並びに高
電圧電源ユニット２、および「スニファー」タイプのプ
ローブ３より構成される真空システムを含んでなる。

従来の検出器の操作には、超真空条件（ＵＨＶ）、すな
わち電圧３ＫＶおよび磁場１５００ガウスで供給される
イオンポンプにより得られるＩ　Ｏ−＠ｍｂａｒ以下の
圧力が必要である。

イオンポンプの吸入口５は、超真空シール９を介して取
り付けられたシリカ含量の高いガラス製のキャピラリー
チューブ１０と通じている穴７を有するフランジ６によ
り密閉されており、このチューブは底で開いており、ポ
ンプｌと直接つながっており、頂上では閉じている０本
明細書において、「シリカ含量の高いガラス」とは少な
くとも８０％のシリカにより形成されたシリカ、例えば
Ｃｏｒｎｉｎｇ　Ｇｌａｓｓ　Ｗｏｒｋにより商標Ｐｙ
ｒｅｘ　（８１％Ｓｉｎｇ）または商標Ｖｙｃｏｒ　（
９６％５ｉＯｚ）として販売されているガラス、または
好ましくは１００％の５ｉＯ１で形成されたガラスを意
味する。

石英ガラスキャピラリーチューブｌＯは、そこで検出す
べきヘリウムのみのイオンポンプへ通すため、ヘリウム
のみに対し選択的に透過性であり、他のガスに対しては
透過性でない膜を構成する。

チューブ１０の形および大きさの両方ともこの検出器の
作動に重要である。すなわち、その直径は５閣以下でな
ければならず、壁厚は１〜３００μｍの間でなければな
らないことがわかった。従って、このチューブは実質的
にキャピラリーチューブである。さらに、この選択的膜
を形成する石英ガラスの表面は０．１〜１０ａｊの間で
なければならならず、０．５〜２．５１の間の表面が最
良であると考えられる。より大きな表面では、第３図に
示されたように、フランジ６にあけた多くの穴７ａ、７
ｂ。

７ｃに一致して取り付けたより多（のキャピラリーチュ
ーブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを用いる。

このチューブ１０を３００〜９００℃の間の温度に加熱
すると、選択的透過性の望ましい特性を示す。

このチューブの好ましい温度は７５０℃である。

適当な源からの輻射により、または有利には熱伝導によ
りチューブ１０の加熱がおこなわれる。

後者のケースにおいて、この加熱装置はチューブに巻か
れた金属フィラメント１２、白金フィラメントまたはチ
ューブ上に付着させた金属路である。

２本以上のチューブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを提供する
実施態様において、ヒーター１２ａ、１２ｂ、１２ｃは
各チューブに提供され、このすべてのヒーターは互いに
連結している。あらゆるケースにおいて、この加熱装置
は検出器のコントロールユニット２内の指令装置に接続
している。

チューブ１０のまわりには、ガス流入口に対する開口部
１５を有する保護囲い１３が提供されている。チューブ
１０のまわりのヘリウム流を促進するため、第２図に示
すようにサンプリングポンプ１６が保護囲い１３の底の
開口部１７に接続されている。このサンプリングポンプ
１６はモーター１８により作動し、ダクト１９を介して
開口部１７に接続している。この強制吸引システムのた
め、チューブ１０へのガス流は促進され、結果としてヘ
リウム検出が改良される。

定常状態でおよびヘリウム漏洩がほとんどなく、上記特
徴の検出器を実現し、上記温度範囲に石英ガラスキャピ
ラリーチューブの温度を保つ場合、イオンポンプにより
送られるガス流の速度は、真空システムの構成により連
続的に放出される気体および通常大気中に存在するヘリ
ウムのプローブの通過による。この総流速は１０−　’
ｍｂａｒ　Ｘ　１／Ｓ未満であり、ポンプの相当するイ
オン電流ドレインは１μＡ未満である。

検出器プローブがヘリウム漏洩に近づけた場合、石英ガ
ラスチューブの壁に当たる分子数が増し、同じことがポ
ンプのイオン電流にもおこる。この電流増加は以下に述
べるコントロールユニット２の一部である電子装置によ
り検出され処理される。

従ってヘリウムの存在は、イオンポンプにより得られる
電流のシグナルの増加により示される。

多量のヘリウムの漏洩が存在すると、連続的測定を妨げ
る多量のヘリウムのプローブへの通過を防ぐため、ポン
プにより得られる電流があらかじめ決めた限界、例えば
２μＡを越えるとすぐ指令装置が停止させるよう石英ガ
ラスチューブの加熱装置を遠隔操作する。これによりチ
ューブ１０は急激に冷却し、そのヘリウムへの透過性は
かなり低下する。

ヘリウム漏洩の量は、ポンプで検出された電流シグナル
の導関数、つまり第４．５、および６図に示したような
限界値における電流増加とそのような増加がおこる短い
時間間隔の比より計算される。

各グラフにおいて、ポンプにより生ずるイオン電流は縦
軸で表わされ、検出時間は横軸で表わされる。点線はプ
ローブの外側のヘリウム分圧Ｐ（Ｈｅ　）の変化を表わ
し、これは漏洩量に依存する。

各グラフにおいて、ヒーターを停止させる限界電流値、
例えば２μＡ未満を■２と示す。プローブがヘリウム漏
洩の近くにない場合通常越えないイオン電流の値を１１
と示し、この値は１μＡである。

第４図に示す状態は、プローブの外側のヘリウム分圧の
わずかな増加をおこす少量のヘリウムの漏洩およびイオ
ンポンプのわずかな電流の増加であり、Ｉ、が限界値Ｉ
ｇより低いことから表わされる。この特定の状態におい
て、実際の電流値１ｉ　　（１＋　＜Ｉｔ　＜１ｇ　）
は、漏洩量を示すものとして用いられる。ヒーターは、
電流が停止限界の値Ｉ２に達していないので作動してい
る。

第５図は電流がまさに限界値より大きくなった量のヘリ
ウム漏洩の状態を示している。漏洩量を決定すると考え
られるシグナルは、比（Ｉｚ　　Ｉｔ）／　（ｔ！ｔ＋
）より得られる。検出器コントロールユニットの一部で
あるヒーター用の指令装置は、ｔ、−１，の場合にヒー
ターを停止させる。

第６図において、短時間でかなりの電流の増加に相応す
る多量のヘリウム漏洩の状態を示す。このケースも、漏
洩量は比（ｔｔ−ｘ＋）　／　（ｔｚ−ｔ＋）より決定
され、限界Ｉ２が越えた場合にヒーターは停止する。

あらゆる比において、ポンプにより生ずる電流は、ポン
プから高電圧電源への回帰路にある、コントロールユニ
ット２の一部である測定回路により連続的に読み取られ
る。

以下に、すでに用いた符号を参照して、ポンプにより生
ずる電流の増加より、漏洩量の定量可能な電流の測定の
例を開示する。

電圧Ｉを例えば電位計により電圧値Ｖ＝ＲＩに転化する
。この電圧■を２つの限界値、つまり電流値１．（〜ｌ
μＡ）に相当するものと電流値Ｉ８（〜２μＡ）に相当
するものと連続的に比較する。

２つのケースが可能である。

第１のケース。電流が１１を越えた場合（時間ｔ１）、
カウンターはカウントを始め、Ｉ２をも越えた場合、カ
ウンターは停止しく時間１ｇ）、１、とＬ２の間の時間
を読みとり、比（１，−Ｉ＋）／（ｈ　　ｔ＋）より漏
洩を検出し、上記例のように示す。次いでカウンターを
リセットし、次の測定に備える。

電流がＩ２を越える場合、電流はヒーターを停止させ、
電流が限界１．より下に低下した場合のみつける。

第２のケース。電流はＩ＋を越えたが与えられた時間、
例えば１０秒内にある場合、限界ｌ！に達せず、ヒータ
ーは作動したままで、ヘリウム漏洩を定量するため電流
値を用いる。

電流シグナルの検出によるこの漏洩測定法は、その簡単
さおよび有効性がとても有利である。より正確には、こ
の方法はイオンポンプの吸み出し速度と無関係であるの
で、従来の特許に開示された温度測定に基づく方法より
改良されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る検出器を示す略図である。 第２図は、第１図の検出器の拡大した詳細を示す略図で
ある。 第３図は、本発明の他の実施態様を示す略図である。 第４．５および６図は、本発明に係る検出器の操作の特
徴を示す図である。 １・・・イオンポンプ、　　　２・・・電源、３・・・
プローブ、　　　５・・・イオンポンプの吸入口、６・
・・フランジ、　　　　　７・・・穴、９・・・真空シ
ール、１０・・・キャピラリーチューブ、１２・・・金
属フィラメント、１３・・・保護囲い、１５、１７・・
・開口部、　　１６・・・サンプリングポンプ、１８・
・・モーター　　１９・・・ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリカ含量の高いガラス製のプローブに接続したイ
   オンポンプを含んでなり、実質的にヘリウムのみに対し
   透過性であるマスフィルターとして作用可能なヘリウム
   漏洩用の改良検出器であって、前記プローブがシリカ含
   量の高いガラス製のキャピラリーチューブを少なくとも
   １本含んでなり、一端において密閉され前記イオンポン
   プに直接取り付けられ、０．１〜１０ｃｍ＾２の間のシ
   リカ含量の高いガラスの表面積を有し、室温においてヘ
   リウムに対し実質的に不透過性であり、３００〜９００
   ℃の間に温度に前記チューブを保つ装置が取り付けられ
   、さらにイオンポンプ電流の小さな増加を検出する装置
   および前記加熱装置用の指令装置を含んでなり、イオン
   ポンプ内で検出した電流に反応して作動する検出器。 ２、前記シリカ含量の高いガラス製のキャピラリーチュ
   ーブがイオンポンプの吸入口の開口端に直接取り付けら
   れている、請求項１記載の検出器。 ３、ガス流入用に開口部が取り付けられた、前記石英ガ
   ラスチューブ用の保護囲いを含んでなる、請求項１記載
   の検出器。 ４、さらに、前記石英ガラスチューブへのガス流を促進
   するため前記保護囲いの内部への吸入用に接続したサン
   プリングポンプを含んでなる、請求項１または３記載の
   検出器。 ５、前記石英ガラスチューブが５ｍｍ未満の直径を有し
   、その壁が１〜１００μｍの間の厚さを有する、請求項
   １記載の検出器。