RU2494362C1 - Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды - Google Patents
Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494362C1 RU2494362C1 RU2012114456/28A RU2012114456A RU2494362C1 RU 2494362 C1 RU2494362 C1 RU 2494362C1 RU 2012114456/28 A RU2012114456/28 A RU 2012114456/28A RU 2012114456 A RU2012114456 A RU 2012114456A RU 2494362 C1 RU2494362 C1 RU 2494362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water vapor
- leakage
- leaks
- plasma
- microleakages
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области испытания устройств на герметичность и позволяет оперативно обнаруживать микротечи в вакуумных камерах электрофизических устройств, использующих в качестве теплоносителя или охладителя воду, и направлено на оперативное бесконтактное обнаружение в них микротечей как в процессе обработки внутренней поверхности камеры вспомогательным разрядом, так и непосредственно в штатном режиме работы установки, что обеспечивается за счет того, что при воздействии на стенку камеры плазмы или потока электронов происходит разложение вытекающих паров воды, образуются электронно-возбужденные молекулы гидроксила OH(A2Σ), спектр излучения которых регистрируется спектральным прибором. Интенсивность излучения пропорциональна скорости натекания, соответственно скорость натекания может быть измерена по величине регистрируемого сигнала. Способ позволяет обнаруживать натекание на уровне 3·10-5 Па·м3с-1. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области испытания устройств на герметичность и позволяет оперативно обнаруживать микротечи в вакуумных камерах электрофизических устройств, использующих в качестве теплоносителя или охладителя воду.
Микротечи вплоть до микронных размеров в стенке вакуумных или герметичных камер обычно могут быть, в принципе, обнаружены известными методами [1]. Однако эти методы не позволяют оперативно обнаруживать микротечи, особенно если камеры имеют большой объем и входят в состав сложных технических устройств. Как правило, микротечи практически не влияют на работоспособность таких устройств, поскольку натекание газа через них обычно находится на уровне потока адсорбированных молекул со стенок камеры, а сами потенциальные течи в спокойных условиях могут не проявляться. Тем не менее, задача обнаружения малых течей вполне актуальна для таких устройств, как токамаки, ТВЭЛы ядерных реакторов, плазмохимические реакторы, космические аппараты и т.п. При эксплуатации подобных устройств стенки камер испытывают огромные нагрузки, в результате имеющиеся микротечи могут расширяться и образовываться новые, создавая реальную угрозу развития аварийной ситуации. В частности проблема оперативного обнаружения микротечей в плазменно-вакуумной камере была отмечена в заключительном отчете по техническому проекту ИТЭР [2], как одна из существенных задач, не получивших пока своего решения. В [2] имеются в виду микротечи в системе охлаждения, через которые может происходить натекание паров воды.
Хорошо известен электроразрядный способ нахождения течей с помощью искрового течеискателя - Трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла - резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение высокой частоты. (Прибор был защищен патентом США №568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала»). В настоящее время он широко используется в качестве электроразрядного течеискателя, которым обнаруживают течи в стеклянных оболочках по искре, возникающей при прикосновении высоковольтного электрода, выполненного в виде иглы с изолирующим держателем, к дефектному месту. Высоковольтный электрод инициирует электрический разряд в зоне микротечи и, таким образом, делает ее видимой. Наименьшее натекание для указанного способа обнаружения составляет ~10-4 Па·м3·с-1) [3]. Однако его применение для обнаружения микротечи в плазменно-вакуумных камерах электрофизических устройств, использующих в качестве теплоносителя или охладителя воду, практически невозможно, поскольку для его применимости оболочка исследуемого устройства должна быть изготовлена из диэлектрического материала. Как правило, оболочка вакуумных камер электрофизических устройств выполнена из металла. Второй серьезный недостаток электроразрядного течеискателя, созданного на основе трансформатора Тесла, состоит в том, что этот метод - контактный. Необходимо располагать иглу течеискателя в непосредственной близости от дефектного места.
Задача, решаемая изобретением - создание чувствительного бесконтактного электроразрядного способа оперативного обнаружение микротечей в вакуумных камерах электрофизических устройств, использующих в качестве теплоносителя или охладителя воду.
Способ обнаружения течи паров воды основан на том, что при воздействии на стенку камеры плазмы или потока электронов происходит разложение вытекающих паров воды и возбуждение свечения той компоненты (Н2O, H, O, OH, маркер), характерный участок спектра которой Δλ можно дистанционно наблюдать и измерять при минимальном уровне помех. Если параметры плазмы достаточны для эффективного возбуждения, то над течью образуется "шапка", излучающая в области Δλ. В этом случае решение поставленной задачи сводится к выбору наблюдаемой компоненты и оптимизации условий возбуждения и наблюдения ее спектра. Это возможно осуществить как в процессе обработки внутренней поверхности камеры вспомогательным разрядом, так и непосредственно в штатном режиме работы установки. Для диагностических целей мы предлагаем использовать образующиеся из молекул воды в газовом разряде электронно-возбужденные молекулы гидроксила OH(А2Σ) [4]. Спектр излучения гидроксила лежит в удобной для работы ближней ультрафиолетовой области [0-0 полоса A2Σ→X2П перехода занимает диапазон 306-310 нм], и может быть зарегистрирован простейшей спектральной аппаратурой.
Таким образом, предлагаемый способ обнаружения микротечей отличается от течеискателя Тесла:
1. По способу возбуждения диагностического излучения.
В течеискателе Тесла для возбуждения разряда необходимо расположить высоковольтный электрод непосредственно в зоне течи. В предлагаемом способе для визуализации дефекта используется воздействие на стенку камеры плазмы или потока электронов от разряда, существующего в установке.
2. По способу регистрации диагностического излучения.
В течеискателе Тесла излучение регистрируется глазом оператора. В предлагаемом способе над течью образуется "шапка", излучающая в узкой спектральной области 306-310 нм, которая регистрируется спектральным прибором. Интенсивность излучения пропорциональна скорости натекания, соответственно, по величине регистрируемого сигнала может быть измерена скорость натекания.
Таким образом, предлагаемый способ обладает следующими преимуществами. Прежде всего, метод - бесконтактный и может реализовываться в штатном режиме работы электрофизической установки. Второе обстоятельство состоит в том, что регистрация излучения осуществляется спектральным прибором, и интенсивность излучения может быть измерена, соответственно, при должной калибровке измерительной части установки скорость натекания может быть точно измерена.
Для оценки возможностей предлагаемого способа был изготовлен натекатель, состоящий из полой иглы и микронатекателя, при помощи которого вводили пары воды непосредственно в разряд (применялся разряд с полым катодом). Внутренний диаметр иглы 800 микрон. При помощи спектрометра AVASPEC с частотой 5 кадров в секунду (время экспозиции 100 мс) на ПЗС матрице записывался спектр свечения гидроксила. Типичный график зависимости интенсивности излучения полосы гидроксила 306-310 нм от времени при такой процедуре напуска показан на фиг.1. В левом верхнем и в правом нижнем углах рисунка показаны участки спектров в диапазоне 300-350 нм до и после напуска паров воды.
На рисунке видно, как меняется спектр свечения плазмы с появлением в ней воды. Начало напуска воды соответствует времени t=3c. Происходит скачок интенсивности сигнала в области 306-310 нм, это позволяет точно определить место и скорость натекания воды в вакуумную камеру.
Зарегистрированный порог обнаружения паров воды - 3·10-5 Па·м3·с-1. Этот результат позволяет с уверенностью использовать данный способ для диагностики образования микротрещин систем охлаждения плазменно-вакуумных камер сложных электрофизических установок (токамаки, ТВЭЛы ядерных реакторов, плазмохимические реакторы).
Отметим, что в экспериментах использовался стандартный оптоволоконный спектрометр AVASPEC с регистрацией спектра на ПЗС матрицу. Применение ФЭУ для регистрации полосы гидроксила в исследуемом участке спектра позволит при необходимости повысить чувствительность спектроскопического электроразрядного метода еще на 2-3 порядка величины.
Список литературы
1. Неразрушающий контроль. Справочник в 7 томах под ред. В.В.Клюева. Том 2. Контроль герметичности. М., «Машиностроение», 2003.
2. Технический проект ИТЭР. Заключительный отчет: ITER, Final Design Report, 2001, G 31 DDD 14 01-07-19 W 0.1, section 3.1,,VACUUM PUMPING AND FUELLING SYSTEM
3. Ланис B.A., Левина Л.Е., Техника вакуумных испытаний, 2 изд., М.-Л., 1963.
4. Очкин В.Н., Савинов С.Ю., Соболев Н.Н. Механизмы формирования распределений электронно-возбужденных молекул по колебательно-вращательным уровням в газовом разряде. - В кн.: Электронно-возбужденные молекулы в неравновесной плазме (Труды ФИАН. М.: Наука, 1985, т.157, стр.6-85).
Ochkin V.N., Savinov S.Yu., Sobolev N.N. Distributions of Electron-Excited Molecules over Vibrational-Rotational Levels in Gas Discharge: Formation Mechanisms. The Book: Electron-Excited Molecules in Nonequilibrium Plasma. - Proceengs of the Lebedev Phys. Inst. Ac. of Sciences of the USSR. V.179, Suppl. V.2, pp.7-119. Nova Science Publishers, Inc., 1989. (283 Commack Road, Suite 300, Commack, N.Y. 11725.)
Claims (2)
1. Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды в вакуумно-плазменных камерах электрофизических установок, отличающийся тем, что используют воздействие на стенку камеры плазмы или потока электронов от разряда, существующего в установке, с последующей регистрацией возникающего излучения спектральным прибором в области 306-310 нм.
2. Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды по п.1, отличающийся тем, что по величине интенсивности излучения в области 306-310 нм определяют скорость натекания паров воды.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114456/28A RU2494362C1 (ru) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114456/28A RU2494362C1 (ru) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2494362C1 true RU2494362C1 (ru) | 2013-09-27 |
Family
ID=49254129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012114456/28A RU2494362C1 (ru) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2494362C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10408763B2 (en) | 2015-01-30 | 2019-09-10 | Mécanique Analytique Inc. | Systems and methods for testing for a gas leak through a gas flow component |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU168925A1 (ru) * | Организаци Государственного комитета авиационной технике СССР | |||
SU98218A1 (ru) * | 1952-12-10 | 1953-11-30 | Ф.С. Кобелев | Способ определени мест течей в вакуумных установках и аппаратах |
SU1290120A1 (ru) * | 1984-02-15 | 1987-02-15 | Предприятие П/Я А-7672 | Способ контрол герметичности изделий |
JPH04122833A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Yamaha Corp | 漏れ試験方法および装置 |
US20040083797A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-06 | Ward Pamela Peardon Denise | Method and assembly for detecting a leak in a plasma system |
US20090229348A1 (en) * | 2006-06-28 | 2009-09-17 | Semisysco Co., Ltd. | Real time leak detection system of process chamber |
-
2012
- 2012-04-12 RU RU2012114456/28A patent/RU2494362C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU168925A1 (ru) * | Организаци Государственного комитета авиационной технике СССР | |||
SU98218A1 (ru) * | 1952-12-10 | 1953-11-30 | Ф.С. Кобелев | Способ определени мест течей в вакуумных установках и аппаратах |
SU1290120A1 (ru) * | 1984-02-15 | 1987-02-15 | Предприятие П/Я А-7672 | Способ контрол герметичности изделий |
JPH04122833A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Yamaha Corp | 漏れ試験方法および装置 |
US20040083797A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-06 | Ward Pamela Peardon Denise | Method and assembly for detecting a leak in a plasma system |
US20090229348A1 (en) * | 2006-06-28 | 2009-09-17 | Semisysco Co., Ltd. | Real time leak detection system of process chamber |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10408763B2 (en) | 2015-01-30 | 2019-09-10 | Mécanique Analytique Inc. | Systems and methods for testing for a gas leak through a gas flow component |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10217621B2 (en) | Cleanliness monitor and a method for monitoring a cleanliness of a vacuum chamber | |
Inada et al. | Two-dimensional electron density measurement of pulsed positive primary streamer discharge in atmospheric-pressure air | |
Bernatskiy et al. | Determination of water leaks flows and their surface localization in plasma reactors by the ratio of the hydrogen isotopes line intensities | |
RU2494362C1 (ru) | Электроразрядный способ обнаружения микротечей паров воды | |
US8581494B2 (en) | Discharge lamp for GDS with an axial magnetic field | |
Su et al. | Radially-dependent ignition process of a pulsed capacitively coupled RF argon plasma over 300 mm-diameter electrodes: multi-fold experimental diagnostics | |
WO2022003677A1 (en) | Electron spectroscopy based techniques for determining various chemical and electrical characteristics of samples | |
Dong et al. | Evidence for coherent structures within tokamak plasma turbulence | |
Ma et al. | The evolution of discharge mode transition in helicon plasma through ICCD images | |
Greiner et al. | Observation of mode like coherent structures in curved magnetic fields of a simple magnetized torus | |
Kalaitzis et al. | Near-saddle-point-energy photoionization microscopy images of Stark states of the magnesium atom | |
RU2427813C1 (ru) | Датчик вакуума | |
US10716197B2 (en) | System, computer program product, and method for dissipation of an electrical charge | |
US3803481A (en) | Leak detector | |
Cisbani et al. | X17 boson through neutron-induced reactions: feasibility test at n_TOF EAR2 | |
US20200135350A1 (en) | Water Vapor Quantification Methodology During Drying of Spent Nuclear Fuel | |
Kato et al. | Pulse height analysis using Si-pin diode of x-ray irradiated from a 2.45 GHz electron cyclotron resonance multicharged ion source | |
Laarhoven | Investigation of the optical emission in gas discharges | |
KR20240087224A (ko) | 플라즈마 아킹 조기 검출 방법 및 이를 이용한 아킹 억제 시스템 | |
Cenni et al. | Field emission measure during cERL main linac cryomodule high power test in KEK | |
Barroy et al. | Sheath reversal during transient radio-frequency bias | |
EA040091B1 (ru) | Невозмущающие измерения слабого магнитного поля и магнитного нуль-поля в высокотемпературных плазмах | |
Miller et al. | Electron lens test stand instrumentation progress | |
Wang et al. | Higher resolution helium measuring system for deuterium plasma on EAST tokamak via normal Penning gauge | |
RU156985U1 (ru) | Камера ионизационного детектора для определения состава газа |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160413 |