HT-7装置首次超导调试过程中的残气质谱分析

　　一、引　　言

　　HT-7是在原苏联T-7基础上改建而成的超导托卡马克。装置主环体为双层真空室,其结构庞大复杂,内真空室为常规的等离子体物理空间,外真空室为包围着氦两相流冷却超导磁体及氮屏以屏蔽外壳室温表面对磁体辐射传热的大型绝热低温容器。

　　在HT-7低温超导调试过程中,超导性能指标直接取决于室内的真空环境。因此首要关心的问题是在外真空室内获得和维持高真空。残气质谱分析和真空测量是真空准备工作中的一项重要内容,其目的是了解外真空室内真空特性和残气成分与来源,为改善外真空的真空环境提供依据和途径;并在真空准备阶段准确把握降温的时机,有效合理安排低温和超导的投入及运行,以保证达到调试的最终指标。由于外真空室内的气压在首次调试过程中往往高于MX7304A单极质谱计最大允许工作气压3×10^-3Pa,为此我们建立了一套差分抽气质谱分析系统以满足该质谱计最大允许工作气压的需要。在此工作的基础上,我们开展了HT-7装置外真空室室温和低温状态下残余气体的质谱分析工作。

　　二、差分抽气质谱分析系统及方法

　　该差分抽气质谱分析系统旨在为MX7304A单极质谱计能在低于最大工作气压3×10^-3Pa的状况下,对装置外真空室内的残气(10²～10^-3Pa)进行质谱定性分析。为了准确测出外真空室内的残气成分,差分抽气质谱分析系统设计的基本考虑点^[1]是采用气体分子流进样和限制分析室抽气口的流导。这可由下述分子流进样动态平衡方程推导出

　　式中,Pc为外真空室内压强;Ps为质谱分析室内压强;P为泵口压强;C_¹为质谱分析室气体进样口流导;C_²为质谱分析室气体出口流导;Sp为泵的有效抽速。由(1)式推导的结果看出:调节流导C_¹可以保证质谱计的工作气压;质谱分析系统对外真空室各种残余气体取样,其成分比例失真很小。

　　差分系统由图1所示。图中Vs为质谱分析室;MMS为MX7304A单极质谱计;G1为DL-7电离规;V1为全金属微调阀,V3为 50全金属角阀,两者作为控制进样分子流流导之用,通过 50×100波纹管与装置外真空室接口连接;V1为插板阀;TPG为FB-450型分子泵机组;C2为抽气口端限流孔。

　　系统初调经48小时100度间断烘烤,本底气压可达2×10^-7Pa,通常工作时经过3小时抽气一般为9×10^-6Pa;在此基础上我们检验了MX7304A质谱计的工作性能,并确定了最佳工作参数,其最小可检压强Ar为3×10^-12Pa。

　　图2是HT-7装置外真空室真空系统示意图。Vc为外真空室;TPG1和TPG2分别为FB-450型和FB-1500型分子泵机组;ZPG为带冷阱的两路ZJ-500罗茨泵机组;G为装置外真空室上真空测量组件其中有电离规,磁控规和电阻规;差分抽气系统通过真空测量组件接口与外真空室相连。