本發(fā)明涉及磁約束核聚變，特別涉及一種測試neg泵性能的方法及裝置。

背景技術：

1、非蒸散型吸氣劑泵(neg泵)是一種在真空技術領域廣泛應用的真空獲得設備。它通過neg材料對多種氣體的高效化學吸附作用，在真空系統(tǒng)中起到維持和提高真空度的關鍵功能。適用于眾多真空應用場景，如半導體制造、真空鍍膜、粒子加速器、聚變裝置等高精尖技術領域。

2、在磁約束核聚變領域，托卡馬克裝置中產(chǎn)生聚變反應的原理是將氫的同位素(如氘和氚)約束在高溫、高密度的等離子體狀態(tài)，使它們發(fā)生核聚變反應。為了實現(xiàn)并維持等離子體的穩(wěn)定約束，對裝置內(nèi)部的真空環(huán)境有極高的要求。在裝置運行過程中，neg泵持續(xù)工作以維持真空容器內(nèi)的高真空狀態(tài)。由于聚變裝置內(nèi)部存在各種氣體來源，如材料的放氣(壁材料在高溫和等離子體轟擊下會釋放氣體)、注入氣體的殘留等因素，需要通過neg泵吸附這些氣體來保持容器內(nèi)的真空度。例如，在一些托卡馬克裝置中，neg泵與其他真空泵(如渦輪分子泵)聯(lián)合使用，將真空容器內(nèi)的氣壓維持在1e-6pa至1e-4pa的范圍內(nèi)，以確保等離子體的良好約束。

3、neg泵的性能直接關系到裝置真空環(huán)境的好壞，進而對實驗結果的準確性以及設備的穩(wěn)定運行造成影響。因此，對neg泵性能進行準確、高效、可靠的測試具有極為重要的意義。長期以來，傳統(tǒng)的定壓法一直是測試neg泵性能的主要手段，即在測試過程中維持吸氣室壓力恒定，測量記錄進氣室內(nèi)部壓力變化，獲得瞬時抽速、吸氣量、最大吸氣量和擴散活化能等neg吸氣性能參數(shù)。但是運用于實際工況中，受到環(huán)境等多種因素的干擾，傳統(tǒng)定壓法所得到的數(shù)據(jù)往往只能提供一個相對粗略的性能評估，難以精確反映neg泵在實際工作條件下的真實性能，這在要求精度較高的現(xiàn)代真空技術應用上存在較大局限性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種測試neg泵性能的方法及裝置，可以解決現(xiàn)有技術中難以精確反映neg泵在實際工作條件下的真實性能的問題。

2、一種測試neg泵性能的方法，包括：

3、對真空腔室預排氣，質(zhì)譜儀監(jiān)測氣體成分；

4、激活neg泵，記錄溫度變化至激活完成，關閉抽氣機組，待真空腔室內(nèi)真空穩(wěn)定后，測量壓力并記為本底真空度；

5、基于流量計設定真空腔室的進氣流量，待真空腔室內(nèi)真空穩(wěn)定后，測量壓力并記為初始真空度；

6、基于進氣粒子數(shù)與neg泵吸附粒子數(shù)相等，計算出neg泵的抽速；

7、neg泵開啟，neg泵吸氣容量設置為真空腔室的進氣流量，待真空腔室內(nèi)真空穩(wěn)定后，測量壓力并記為停止進氣時的真空度，記錄進氣時間，計算neg泵在真空上升至停止進氣真空度時的吸氣容量。

8、較佳地，所述進氣粒子數(shù)為：

9、式中：

10、p標況為標準壓力；

11、q為進氣流量；

12、t為進氣持續(xù)的時間；

13、r為氣體常數(shù)；

14、t標況為標準溫度；

15、na為阿伏伽德羅常數(shù)。

16、較佳地，所述neg泵吸附粒子數(shù)為：

17、式中：

18、p為初始真空度；

19、p為本底真空度；

20、qneg為neg泵的抽速；

21、t為進氣持續(xù)的時間；

22、r為氣體常數(shù)；

23、t為瞬時時間下的溫度；

24、na為阿伏伽德羅常數(shù)。

25、較佳地，所述neg泵的抽速為：

26、式中：

27、p標況為標準壓力；

28、q為進氣流量；

29、t為瞬時時間下的溫度；

30、p為初始真空度；

31、p為本底真空度；

32、t標況為標準溫度。

33、較佳地，所述neg泵在真空上升至停止進氣真空度時的吸氣容量為：

34、式中：

35、p標況為標準壓力；

36、q為進氣流量；

37、t為進氣持續(xù)的時間；

38、r為氣體常數(shù)；

39、p為初始真空度；

40、p為本底真空度；

41、p為停止進氣時的真空度；

42、v腔室為真空腔室的體積；

43、t標況為標準溫度；

44、t為停止進氣時的溫度。

45、一種測試neg泵性能的裝置，適用于一種測試neg泵性能的方法，包括：真空腔室，所述真空腔室的真空度可調(diào)；

46、所述真空腔室連接neg泵，所述neg泵上設置固定件，所述固定件可拆卸安裝有熱電偶，所述熱電偶用于監(jiān)測所述neg泵激活與測試全過程的溫度參數(shù)；

47、所述真空腔室連接動態(tài)測試系統(tǒng)，所述動態(tài)測試系統(tǒng)包括流量計，基于所述流量計測量的氣體流量與所述真空腔室的真空度，所述動態(tài)測試系統(tǒng)用于瞬時測試所述neg泵的抽速變化過程。

48、較佳地，所述動態(tài)測試系統(tǒng)還包括質(zhì)譜儀、抽氣機組、穩(wěn)壓管道；

49、所述真空腔室通過電極法蘭連接直流電源，靠近所述neg泵處安裝全量程規(guī)管，所述真空腔室上方盲板開設三個通孔分別連接所述抽氣機組、所述質(zhì)譜儀和所述流量計。

50、較佳地，所述真空腔室一側設置氣瓶，所述真空腔室與所述氣瓶之間通過所述穩(wěn)壓管道相連。

51、較佳地，所述氣瓶輸出端設置減壓閥。

52、較佳地，所述穩(wěn)壓管道的輸入端設置截止閥。

53、本發(fā)明的有益效果：

54、(1)本發(fā)明中，使用的測量方法可以在實際工作環(huán)境中直接測量，所得的激活參數(shù)、氣體抽速及其他數(shù)據(jù)均更加準確，具有更強的普適性和精確度。

55、(2)本發(fā)明中，采用的測試neg泵性能的方法是基于流量進行瞬時測試的，其根據(jù)氣體流量及其對應真空度來計算neg泵9的瞬時抽速，使得測試結果更加精確。

56、(3)本發(fā)明中，neg泵的性能測試是一個動態(tài)的過程，無需等到真空腔室7內(nèi)的壓力徹底穩(wěn)定，每一個流量數(shù)值和一個真空度數(shù)值對應一個抽速值，從而可以更精確地測試出抽速變化過程，不僅測試變量少，而且響應快，更高效，只需要測量流量和真空度兩個變量，操作便捷、成本較低、測試效率更高。

57、(4)本發(fā)明中，該測試neg泵性能的方法還具備預處理性，即可以事先根據(jù)所需求的抽速來反推計算流量和真空度要求，便于在測試過程中快速判斷neg泵的性能是否達到要求。

技術特征：

1.一種測試neg泵性能的方法，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的一種測試neg泵性能的方法，其特征在于，所述進氣粒子數(shù)為：

3.如權利要求1所述的一種測試neg泵性能的方法，其特征在于，所述neg泵(9)吸附粒子數(shù)為：

4.如權利要求1所述的一種測試neg泵性能的方法，其特征在于，所述neg泵(9)的抽速為：

5.如權利要求1所述的一種測試neg泵性能的方法，其特征在于，所述neg泵(9)在真空上升至停止進氣真空度時的吸氣容量為：

6.一種測試neg泵性能的裝置，適用于如權利要求1-5任一項所述的一種測試neg泵性能的方法，其特征在于，包括：真空腔室(7)，所述真空腔室(7)的真空度可調(diào)；

7.如權利要求6所述的一種測試neg泵性能的裝置，其特征在于，所述動態(tài)測試系統(tǒng)還包括質(zhì)譜儀(6)、抽氣機組(8)、穩(wěn)壓管道(3)；

8.如權利要求7所述的一種測試neg泵性能的裝置，其特征在于，所述真空腔室(7)一側設置氣瓶(1)，所述真空腔室(7)與所述氣瓶(1)之間通過所述穩(wěn)壓管道(3)相連。

9.如權利要求8所述的一種測試neg泵性能的裝置，其特征在于，所述氣瓶(1)輸出端設置減壓閥。

10.如權利要求9所述的一種測試neg泵性能的裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓管道(3)的輸入端設置截止閥(2)。

技術總結
本發(fā)明公開了一種測試NEG泵性能的方法，包括：對真空腔室預排氣，質(zhì)譜儀監(jiān)測氣體成分；激活NEG泵，記錄溫度變化至激活完成，關閉抽氣機組，待真空腔室內(nèi)真空穩(wěn)定后，測量壓力并記為本底真空度；基于流量計設定真空腔室的進氣流量，待真空腔室內(nèi)真空穩(wěn)定后，測量壓力并記為初始真空度；基于進氣粒子數(shù)與NEG泵吸附粒子數(shù)相等，計算出NEG泵的抽速；NEG泵開啟，NEG泵吸氣容量設置為真空腔室的進氣流量，待真空腔室內(nèi)真空穩(wěn)定后，測量壓力并記為停止進氣時的真空度，計算NEG泵在真空上升至停止進氣真空度時的吸氣容量。本發(fā)明使用的測量方法可以在實際工作環(huán)境中直接測量，所得的測量數(shù)據(jù)更加準確，具有更強的普適性和精確度。

技術研發(fā)人員：孟獻才,楊龍,李旭,閆振,王紀超,劉洋,梁立振,胡星光
受保護的技術使用者：合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15