Page 36 - 无损检测2023年第六期

李卫平, 等:

真空氦检漏技术在ITER 项目中的应用

的杂质气体来规避干扰, 并通过提高环境温度和屏 块, 且留有足够空间余量确保包层屏蔽块处在真空
蔽块内部和外部之间压力差的方式来提高氦原子的 室均温区内。除此之外, 真空室上还设置有热电偶
活性以提高检测灵敏度。 接口、 真空计接口、 压力传感器接口、 标准漏孔接口
等, 所有接口在常温和高温状态下均能保持良好的
1 真空热氦检漏系统
密封性能。
包层屏蔽块内部通道结构如图1所示, 需要对 抽气组件包括真空室抽气泵组、 舱门抽气泵组
其内部复杂通道进行检漏。真空热氦检漏系统简称 和包层屏蔽块内部水冷回路抽气泵组。真空室抽气
HLTS ( 结构示意见图 2 ), 主要由以下系统组成: 泵组有2条抽气通道, 一条用于粗抽, 另一条用于精

① 真空系统; ② 检测系统; ③ 电加热系统; ④ 控制 抽。舱门抽气泵组包含1个前级泵和1个分子泵,
系统与机械传动机构。 用于密封槽抽真空。包层屏蔽块水冷回路抽气泵组
与舱门抽气泵组使用同一套抽气泵, 目的是去除包
层屏蔽块水冷回路内部的杂质气体, 提高后续充氦
时管路内部氦气浓度。
1.2 检测系统
检测系统包括充氦系统、 标准漏孔和氦质谱检
漏仪等。
充氦系统的作用是在水冷回路内部达到一定真
空度的前提下, 使氦气通过管路进入包层屏蔽块内
部。其升压速率、 压力稳定性均有要求, 目的是维持
整个检测系统的可靠性且不损伤产品的内部结构。
在包层屏蔽块存在泄漏的情况下, 氦气会通过泄漏
通道进入真空室内, 最终流入氦质谱仪进行定量分
图1 包层屏蔽块内部通道结构 析。氦气的纯度是保证水冷回路中氦分压的重要要
素, 也是保证检测灵敏度的关键, 高纯度的氦气源能
最大限度提高检测灵敏度。
标准漏孔是一种在某一温度下具有恒定漏率的
装置, 是验证整个检测系统能力的参考标准 [ 4 ] 。根
据灵敏度要求, 真空热氦检漏使用渗氦型标准漏孔
( 原理 为 氦 气 对 石 英 具 有 渗 透 特 性), 能 够 达 到

-10 3 -1
10 Pa · m · s 数量级的漏率。
当使用检漏仪对标准漏孔进行测量时, 其测量值
应能代表标称值, 这样才能体现检测系统的可靠性。
图2 真空热氦检漏系统结构示意 同时, 渗氦型标准漏孔的标称漏率随温度变化而存在
[ 5 ]
1.1 真空系统 波动, 实际检测中应根据环境温度T 进行漏率修正 。
氦质谱法是应用最广泛的一种检漏方法, 具有
真空系统包括真空室、 舱门和抽气组件等。
灵敏度高、 可数字化等优点。质谱检漏法的核心是
真空室的主体材料选用自然解吸现象不明显、
放气速率较低的材料 [ 3 ] , 同时材料表面粗糙度 Ra 质谱室, 质谱室主要由离子源、 分析器、 接收器3部
小于1.6 , 以确保整套系统的高真空特性。其次, 结 分组成。氦质谱法检漏基本原理示意如图3所示。
构上采用夹层设计, 以提高保温性能且能保证设备 质谱室的离子源由灯丝、 离化室及离子加速极
的耐压能力。 组成; 其作用是使氦气电离, 形成一束具有一定能量
舱门密封同样使用双层耐高温橡胶结构, 以隔 的氦离子。其分析器能使不同质荷比的离子在磁场
绝空气对真空室的渗透。 中按不同轨迹运动从而彼此分开, 仅使氦离子通过
真空室内部可容纳包层屏蔽块中最大尺寸的模 挡板上的狭缝而被接收器接收形成氦离子流, 并且
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2023年 第45卷 第6期
无损检测