大型重离子加速器真空系统及其挑战

中国科学院近代物理研究所从历次的大科学装置建设中,积累了大型真空腔体、超高/极高真空系统以及强流重离子加速器真空系统等设计经验。为了获得超高/极高真空系,从真空设备选择、材料处理、密封形式以及在线烘烤等方面形成了一套完整的工艺流程;在强流重离子加速器(High Intensity Heavy ion Accelerator Facility,HIAF)真空系统研制过程中,为了减小磁铁气隙尺寸,大幅度降低磁铁造价及电源运维成本,提出陶瓷内衬薄壁真空室新方法,并研制了原理性样机;为了有效控制HIAF未来运行过程中的动态真空效应,设计了束流准直器,开展了真空材料解吸率测量研究;为了解决高放射性区域真空系统的维护问题,提出了自重密封结构,同时研制了充气膨胀密封法兰;为了进一步优化高精度环形谱仪真空度,开展低温极高真空系统研究。

极小分压力校准研究

提出了静态膨胀法真空基础标准和动态流量法相结合的分压力校准方法,解决了10^-6 Pa以下极小分压力的校准难题。基于该方法研制了新一代极小分压力校准装置,在电子倍增器模式下,开展了单一气体进样四极质谱计灵敏度校准实验研究。研究结果表明分压力校准下限可延伸至1×10^-9 Pa,分压力校准范围为10^-9~10^-5 Pa时对应的测量不确定度U r=8.4%(k=2)。研究结果保障了质谱计应用于空间探测等领域时分压力测量结果的准确性。

基于直接模拟蒙特卡罗方法计算单一气体及二元混合气体的平均自由程

运用直接模拟蒙特卡罗方法研究了单一及二元混合气体在平衡态时气体内部分子间的相互碰撞过程。采用可变硬球模型及可变软球模型两种分子间碰撞处理模型对单一及二元混合气体分子平均自由程、单位时间单位体积内碰撞次数在模拟温度为300~20000 K之间进行了模拟计算。为了检验这两种模型模拟计算的精确性,将其结果与对应模型下的理论计算结果进行比较,表明单一气体的模拟结果与理论计算结果相对偏差不超过0.7%,混合气体相对偏差不超过1.5%。同时将上述两种模型的模拟结果与传统硬球模型的计算结果进行比较,发现在硬球模型下,气体分子平均自由程在宽温度区间与其他两种模型相比有较大的误差,而单位时间单位体积内气体分子的碰撞次数与模拟温度的二分之一次方成正比,当模拟温度高于300 K时,其结果大于另外两种模型下的结果。

非蒸散型吸气材料研究现状及进展

阐述了非蒸散型吸气材料的工作机理,从压制型、多孔烧结型和薄膜型三大类介绍了非蒸散型吸气材料的发展历程,并对各类吸气材料存在的问题进行了分析,压制型合金的机械强度较低、多孔烧结型合金的激活温度较高以及薄膜型合金的吸气容量较低。然后对非蒸散型吸气材料的改性研究进行了概述,改性方法主要有合金化法、表面镀层法以及活性表面最大化法。最后,对非蒸散型吸气材料的研究趋势进行了展望,并指出非蒸散型吸气材料仍需解决的问题。

射频直交比对四极质量分析器性能影响分析

四极质量分析器是四极质谱仪的核心部件,在四极杆上连接的射频电源中包含直流电压分量和高频交流电压分量,其两者比值会对四极质谱仪的性能产生重要影响。采用四阶龙格库塔方法求解微分方程,对四极质量分析器中离子运动轨迹进行仿真,并设计实验对四极质谱仪样机进行射频模块电学参数调试。结果表明,随着射频直流电压和交流电压比值的升高,四极质谱仪质量分辨能力提高,信号强度降低。

利用漏率间接测量密封件真空度方法的研究

本文提出利用漏率间接测量真空度的方法,解决密封件腔内真空度的测量问题。在此基础上开展相关实验,探究该方法在实际应用中的可行性以及相关适用条件等。实验以连接不同尺寸规格金属毛细管的模拟件为研究对象,利用动态流量法测量模拟件的漏率,进而间接获得模拟件的腔内真空度。实验结果表明,利用漏率间接测得的模拟件真空度与利用皮拉尼规原位测得的模拟件真空度的偏差在15%左右,偏差较小。同时实验中还发现该方法存在包括测量范围、反应时间等限制性适用条件,并在理论上做了合理的解释,进而完备了该方法,并为实际应用奠定了基础。

Zr(0001)表面氢吸附的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,采用平面波赝势方法,研究了H_(2)分子在Zr(0001)晶面的表面吸附。通过研究Zr(0001)/H_(2)体系的吸附能、稳定吸附构型和电子结构,阐明了Zr(0001)表面吸氢反应的微观机制。结果表明:H_(2)分子在Zr(0001)表面的最稳定吸附位为面心立方(fcc)位,其吸附能为0.899 eV,解离的H原子最终稳定吸附在Zr(0001)表面的穴(hollow)位和面心立方(fcc)位。被吸附H原子与Zr(0001)表面间出现了大量的电荷转移,同时,H原子的1s轨道和Zr原子的5s、4d轨道出现杂化,表明H;分子解离吸附后H原子与表层Zr原子间同时存在离子键和共价键。吸附能随覆盖度的增大而增大,当覆盖度达到4/5 ML时,氢分子解离后有一半的氢原子吸附到Zr(0001)的亚表面。