HL-2A中性束注入器送气实验(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)核工业西南物理研究院 作者:李亮

2、气压控制原理

  在真空抽气系统中,当气体流量稳定时,系统抽速满足

S = Q/P(1)

  其中S是真空系统的抽速,Q是气体流量,P是气压。在离子源放电期间需要保持离子源内气压恒定,为了得到稳定的气压就要控制Q 和S,而抽速S 取决于真空泵的抽气能力,这样就只能控制好流量Q,才有可能获得恒定的气压。气体流量由下式决定:

S=C(P1-P2) (2)

  其中C为送气阀的流导,P1为气罐的气压,P2为真空室内气压。本实验中P1为1.7个大气压,P2为1Pa以下,两者相差5 个数量级,所以P2可以忽略。并且在实验中,送气前后气源气压的变化不到3‰,故可以认为气罐气压恒定。这样,影响流量的就只有压电阀的流导C 了,流导C 取决于送气阀的控制电压。

3、实验结果

3.1、压电阀脉冲电压与离子源气压的关系

  根据气压控制原理,通过控制压电阀的工作电压可以控制气阀的流导,从而控制离子源放电室的工作气压。首先将压电阀控制电压设置成方波,脉冲宽度2.5s,脉冲幅度2V(对应压电阀工作电压50V),对其中一个离子源单独送气。图3就是开启电压为方波时,离子源内气压与流量和电压的关系。

  从图中观察到压电阀电压开启之后200ms流量才开始变化,在多次实验之后发现这一延迟从30~250ms 不等,并且是随着开启电压的增大而缩短,这就是压电阀真正的开启时间,远超过2ms。不过其关断时间则要短的多,只有10ms左右;并且还观察到气压与流量的变化之间也有几十毫秒的延迟,这是由于压电阀与离子源之间还有一段气管和一个针阀,气体在流经这一段气路后才能进入离子源,并且气体分子还要扩散到薄膜规才能引起气压的变化;最后,放电室内气压的变化为:

  V是真空室的体积,S是真空室内的抽速,Q是总的气量,包括送入的气体、器壁放出的气体。这与图3 中气压的变化基本相符。

输出电压为方波时离子源内气压随时间的变化 

图3 输出电压为方波时离子源内气压随时间的变化

  束线上的4个离子源送气回路,在气路长度以及真空室抽速存在一定的差异,而且压电阀的物理参数离散性较大,对于同样的控制电压,不同阀的流导是不同的,需要针对不同的离子源送气回路进行单独标定。图4 中给出了独立开启每个离子源的压电阀时,离子源气压与压电阀控制电压之间的关系。

单独开启不同压电阀时4 个离子源气压与压电阀控制电压的关系

  图4 单独开启不同压电阀时4 个离子源气压与压电阀控制电压的关系

  从图中可以看出,每个压电阀的工作电压都不相同,开启电压最低的在20V左右,最高的则在42.5V附近,两者相差一倍。还可以看出,压电阀控制电压与离子源气压之间接近线形关系,这一点则有利于气压的控制。

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