氦質譜檢漏儀工作原理

真空檢漏 孫開磊 第二炮兵工程學院

         氦質譜檢漏方法在真空檢漏技術領域里已經得到廣泛的應用,這種方法的優點是:檢漏靈敏度高,可以檢漏到10-11Pam3/s 數量級,儀器響應快,氦分子在儀器高真空的環境中擴散的速度很高;所以氦質譜檢漏儀在許多領域里得到廣泛的應用,例如,在航空航天領域里宇宙飛船、航天飛機、火箭、衛星、飛機等這些都要用到真空檢漏技術。在一般工業領域里原子能、發電廠、配電站、合成氨的氮肥生產廠、汽車制造業、造船工業、制冷工業、冶金工業、輸氣管道、氣罐、油罐、鍋爐快餐食品包裝等都離不開檢漏問題,同樣在導彈武器裝備中也離不開檢漏,導彈彈體、燃料儲備罐、燃料運輸管道、彈頭、特殊部件的密封性都要用到氦質譜檢漏,本文主要真對氦質譜檢漏原理及方法進行綜述。

氦質譜檢漏儀工作原理

         圖1是一個典型質譜室的剖面圖,燈絲電離出來的電子經加速進入電離室,在電離室內與殘余氣體分子和經被檢件漏孔進入電離室的氦氣相互碰撞,使氦分子發生電離,He →He++e 。

質譜室工作原理

圖1  質譜室工作原理

  這些離子在加速電場的作用下進入磁場,由洛倫茲力使得氦離子發生偏轉,形成圓弧形軌道,半徑公式為:

 

          式中, R為離子偏轉軌道半徑; B為磁場強度; M/Z為離子的質量與電荷之比; U 為離子的加速電壓。由此可見,當R, B為固定值時,改變加速電壓,可使不同質量的離子通過磁場和接收縫到達接收極而被檢測到。如果電離室內的成分是干燥大氣,在圖1的出口縫處測得的離子流強度的理論峰值如圖2(根據干燥大氣成分繪制) 所示,圖中峰值的高度代表離子流強度,它與氣體在電離室的分壓成正比;氦質譜檢漏儀就是利用這一原理,實際上把加速電壓設在氦峰值上,如圖3 所示,接收極在擋板的作用下只能接收到氦離子,氦離子電流經過放大后用作指示漏率。

圖2  氦峰示意圖

 圖3  實際所選用的氦峰示意圖