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1、第15卷 第2期强激光与粒子束Vol.15,No.22003年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.,2003文章编号:100124322(2003)0220164203X双真空烘烤排气台的研制及应用吴守东, 陈 林, 徐 敏, 姚 斌, 陈雪松(中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900) 摘 要:分析了放电管稳定试验前的烘烤排气对等离子体焦点装置试验结果的影响,介绍了双真空烘烤排气台的原理和结构设计,并利用试验数据说明了该排气台在等离子体焦点装置试验中的重要性
2、,在实际应用中具有潜在的实用价值。 关键词:真空烘烤;等离子体焦点;中子产额 中图分类号:TB751文献标识码:A 等离子体焦点(denseplasmafocus,简称DPF)装置研究已经进行了很多年,一般存在的问题有:充氘气后首次中子产额不稳定,多次试验后中子产额下降很快,中子波形经常出现双峰现象,每次充氘后试验次数只有十几次,需要反复抽真空、充氘气,实验效率低。其原因是:真空放电管内无氧铜、不锈钢等材料放电后所产生的气体,会直接影响放电初始击穿、放电中子产额、中子脉冲宽度以及放电稳定性。DPF具有潜在
3、的应用前[1]景,特别是在中子照像、X射线显微光刻和违禁品检测等方面有着重要作用。为保证应用中放电管的运行稳定性和可靠性及获得理想的试验数据,研制双真空烘烤排气台显得尤为重要。其中机械设计及应用是一项非常重要的研究内容。1 双真空烘烤排气台的设计思路1.1DPF的工作原理 等离子体焦点装置由真空室(放电管)、充氘装置、电容器、场畸变开关等组成。真空室内部由两个同轴电极、畸变元件和高强度绝缘子组成(见图1)。对于小型等离子体焦-5点中子源来说,通常将真空室抽至真空度约10Pa以上,充入氘气。当电容器放电时,在两
4、个电极之间的绝缘子上发生沿面放电,放电层在洛伦兹力的作用下,脱离绝缘体,形成等离子体电流鞘。在电磁力的驱动下,电流鞘被加速,并抵达阳极终端,形成等离子体焦点[2]。Fig.1Schematicofdenseplasmafocusdevice1.breakdown;2.acceleration;3.compression;4.collapse 在放电过程中,未经烘烤去气的材料在高温下将会产图1DPF装置结构示意图生杂质气体,从而降低中子产额并容易形成多次聚焦,最终1.击穿阶段;2.加速阶段;3.箍缩阶段;4.崩
5、溃阶段影响放电管运行的稳定性和寿命。1.2 设计思路 为了预先对放电管进行烘烤去气,设计采用双真空烘烤去气设备。在放电管内部抽高真空的同时,对其进行几百度的高温烘烤,烘烤产生的杂质气体将被排出管外。但同时放电管外壁和与其相连的排气管也处在高温下,为了避免其暴露在大气环境中而被氧化,从而影响其外观以及最终排气管的使用,因而需要对放电管外部进行低真空排气。另外在放电管外部保持真空环境,将有利于高温辐射的均匀性,避免放电管局部温度过高。2 双真空烘烤排气台的结构设计 双真空烘烤排气台包括放电真空管的主真空系统、真
6、空管加热的真空烘烤设备、机架及电气控制部分(见图2)。主真空系统由真空放电管、直联泵、三只高真空阀门和测量规管及伸缩头(见图3)等组成。真空放电管X收稿日期:2002207217;修订日期:2002209202作者简介:吴守东(19502),男,高级技师;绵阳9192108信箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期 吴守东等:双真空烘烤排气台的研制及应用165Fig.2Schematicofd
7、ouble2vacuumbakedevice.图2 双真空烘烤排气台示意图。用支板固定在座圈上,真空阀门供排放大气用,真空阀连结充氘系统。真空烘烤设备(见图3)由烘烤炉,上、下钟罩,钟罩开、闭移动装置,温控系统及直联泵等五部分组成。烘烤炉由座圈、上钟罩、下钟罩、加热器、测温热电阻等组成。4根并联的镍铬螺旋加热器,分两组布置在上、下加热罩上,加热器固定在钟罩上。由于在真空状态下进行烘烤加热,产生的是热辐射,所以能保证罩内各点的温度基本均匀。上、下钟罩由支臂支撑,支臂用一根左、右旋丝杆驱动,[3]沿立柱上下滑动,用
8、行程开关控制终点位置(见图2)。上、下钟罩上下有两弹簧保证压紧后,防止硬连结造成密封圈漏气(见图3)。钟罩由插销定位,保证钟罩关闭后的相对位置。从图2的俯视图可见钟罩开启后绕立柱可逆时针旋转105°,离开真空放电管后,连结能源系统(电容器、场畸变开关、测试系统)进行试验。烘烤室的抽气口在座圈上Fig.3Schematicofvacuumbakechamber不受上、下钟罩位移的影响。电
