雙真空烘烤排氣臺的研制及應用

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1、第15卷　第2期強激光與粒子束Vol.15,No.22003年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.,2003文章編號:100124322(2003)0220164203X雙真空烘烤排氣臺的研制及應用吳守東,　陳　林,　徐　敏,　姚　斌,　陳雪松(中國工程物理研究院流體物理研究所,四川綿陽621900)　　摘　要:分析了放電管穩(wěn)定試驗前的烘烤排氣對等離子體焦點裝置試驗結(jié)果的影響,介紹了雙真空烘烤排氣臺的原理和結(jié)構(gòu)設計,并利用試驗數(shù)據(jù)說明了該排氣臺在等離子體焦點裝置試驗中的重要性

2、,在實際應用中具有潛在的實用價值。　　關鍵詞:真空烘烤;等離子體焦點;中子產(chǎn)額　　中圖分類號:TB751文獻標識碼:A　　等離子體焦點(denseplasmafocus,簡稱DPF)裝置研究已經(jīng)進行了很多年,一般存在的問題有:充氘氣后首次中子產(chǎn)額不穩(wěn)定,多次試驗后中子產(chǎn)額下降很快,中子波形經(jīng)常出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象,每次充氘后試驗次數(shù)只有十幾次,需要反復抽真空、充氘氣,實驗效率低。其原因是:真空放電管內(nèi)無氧銅、不銹鋼等材料放電后所產(chǎn)生的氣體,會直接影響放電初始擊穿、放電中子產(chǎn)額、中子脈沖寬度以及放電穩(wěn)定性。DPF具有潛在

3、的應用前[1]景,特別是在中子照像、X射線顯微光刻和違禁品檢測等方面有著重要作用。為保證應用中放電管的運行穩(wěn)定性和可靠性及獲得理想的試驗數(shù)據(jù),研制雙真空烘烤排氣臺顯得尤為重要。其中機械設計及應用是一項非常重要的研究內(nèi)容。1　雙真空烘烤排氣臺的設計思路1.1DPF的工作原理　　等離子體焦點裝置由真空室(放電管)、充氘裝置、電容器、場畸變開關等組成。真空室內(nèi)部由兩個同軸電極、畸變元件和高強度絕緣子組成(見圖1)。對于小型等離子體焦-5點中子源來說,通常將真空室抽至真空度約10Pa以上,充入氘氣。當電容器放電時,在兩

4、個電極之間的絕緣子上發(fā)生沿面放電,放電層在洛倫茲力的作用下,脫離絕緣體,形成等離子體電流鞘。在電磁力的驅(qū)動下,電流鞘被加速,并抵達陽極終端,形成等離子體焦點[2]。Fig.1Schematicofdenseplasmafocusdevice1.breakdown;2.acceleration;3.compression;4.collapse　　在放電過程中,未經(jīng)烘烤去氣的材料在高溫下將會產(chǎn)圖1DPF裝置結(jié)構(gòu)示意圖生雜質(zhì)氣體,從而降低中子產(chǎn)額并容易形成多次聚焦,最終1.擊穿階段;2.加速階段;3.箍縮階段;4.崩

5、潰階段影響放電管運行的穩(wěn)定性和壽命。1.2　設計思路　　為了預先對放電管進行烘烤去氣,設計采用雙真空烘烤去氣設備。在放電管內(nèi)部抽高真空的同時,對其進行幾百度的高溫烘烤,烘烤產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體將被排出管外。但同時放電管外壁和與其相連的排氣管也處在高溫下,為了避免其暴露在大氣環(huán)境中而被氧化,從而影響其外觀以及最終排氣管的使用,因而需要對放電管外部進行低真空排氣。另外在放電管外部保持真空環(huán)境,將有利于高溫輻射的均勻性,避免放電管局部溫度過高。2　雙真空烘烤排氣臺的結(jié)構(gòu)設計　　雙真空烘烤排氣臺包括放電真空管的主真空系統(tǒng)、真

6、空管加熱的真空烘烤設備、機架及電氣控制部分(見圖2)。主真空系統(tǒng)由真空放電管、直聯(lián)泵、三只高真空閥門和測量規(guī)管及伸縮頭(見圖3)等組成。真空放電管X收稿日期:2002207217;修訂日期:2002209202作者簡介:吳守東(19502),男,高級技師;綿陽9192108信箱。?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期　　　　　　　　　　　　　吳守東等:雙真空烘烤排氣臺的研制及應用165Fig.2Schematicofd

7、ouble2vacuumbakedevice.圖2　雙真空烘烤排氣臺示意圖。用支板固定在座圈上,真空閥門供排放大氣用,真空閥連結(jié)充氘系統(tǒng)。真空烘烤設備(見圖3)由烘烤爐,上、下鐘罩,鐘罩開、閉移動裝置,溫控系統(tǒng)及直聯(lián)泵等五部分組成。烘烤爐由座圈、上鐘罩、下鐘罩、加熱器、測溫熱電阻等組成。4根并聯(lián)的鎳鉻螺旋加熱器,分兩組布置在上、下加熱罩上,加熱器固定在鐘罩上。由于在真空狀態(tài)下進行烘烤加熱,產(chǎn)生的是熱輻射,所以能保證罩內(nèi)各點的溫度基本均勻。上、下鐘罩由支臂支撐,支臂用一根左、右旋絲桿驅(qū)動,[3]沿立柱上下滑動,用

8、行程開關控制終點位置(見圖2)。上、下鐘罩上下有兩彈簧保證壓緊后,防止硬連結(jié)造成密封圈漏氣(見圖3)。鐘罩由插銷定位,保證鐘罩關閉后的相對位置。從圖2的俯視圖可見鐘罩開啟后繞立柱可逆時針旋轉(zhuǎn)105°,離開真空放電管后,連結(jié)能源系統(tǒng)(電容器、場畸變開關、測試系統(tǒng))進行試驗。烘烤室的抽氣口在座圈上Fig.3Schematicofvacuumbakechamber不受上、下鐘罩位移的影響。電